KR102054613B1 - 태양광 접속반의 화재 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

태양광 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 복수의 태양전지 스트링과, 복수의 태양전지 스트링으로 생산된 직류 전원을 인버터로 전달하는 접속반과, 접속반으로부터 전송된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함하는 태양전지발전장치, 무선중계기 및 상기 무선중계기를 통해 상기 태양전지발전장치와 통신하는 서버를 포함한다.

Description

태양광 접속반의 화재 모니터링 시스템 및 방법{FIRE MONITORING SYSTEM AND METHOD FOR SOLAR POWER CONNECTOR}

본 발명은 태양광 접속반의 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 하나 이상의 태양광 접속반의 각 채널별 데이터를 게이트웨이를 통해 수집하여 태양광 접속반의 화재를 실시간으로 예측하는 화재 예측 서버를 포함하는 화재 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 태양광발전장치는 빛에너지를 직류 전기에너지로 변환하는 태양전지 패널, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터, 태양전지 패널과 인버터를 연결하고 태양전지 패널에서 생산된 직류전원을 인버터로 전달하는 접속반을 포함한다. 인버터에서 변환된 교류 전원은 승압되어 전기계통 시스템으로 전송되거나 부하(load)로 공급되어 사용된다.

도 1은 이러한 태양광발전장치의 구조를 개략적으로 나타낸 것으로, 단위 태양전지(solar cell)에서 발생되는 전기 에너지의 양은 작기 때문에 다수의 단위 태양전지가 포함된 패널(모듈) 형태로 제작된다. 하나 이상의 태양전지 패널이 하나의 태양전지스트링을 구성하고, 복수의 태양전지스트링이 태양전지 어레이(200)를 구성하며, 각각의 태양전지스트링은 접속반(100)에서 병렬로 연결되어 필요한 전력을 확보하게 된다.

접속반(100)에는 복수(주로 16, 32 또는 그 이상의 개수)의 태양전지스트링의 출력단과 각기 연결되는 채널(입력단자, 퓨즈, 다이오드 등으로 구성)들이 정렬 배치되고 서로 병렬 연결되어 태양전지 어레이로부터의 직류전원이 취합되고 출력단자를 통해 인버터로 전송된다. 복수의 채널을 구성하는 각종 전기 부품(입력단자, 퓨즈, 다이오드, 배선)은 접속반 내에서 밀집 어레이로 배열되어 특정 태양전지스트링에 의해 과전류가 생성되거나 특정 채널이 과열, 합선 등의 내부 발화 시에 순식간에 접속반 전체로 확산되기 쉽다. 특히 태양전지발전장치는 건물 옥상이나 야외에 설치되어, 접속반의 화재가 건물화재나 산불로 번지는 경우가 종종 발생하고 이 경우 피해가 막대하므로 화재 발생의 조기 예측이 필요하다.

또한 태양전지 패널이나 접속반의 화재를 인지하더라도 태양전지 패널로부터 전력 생산 및 공급은 지속되고 접속반 내의 전기 부품이나 케이블들이 인접배치되어 발화점으로부터 매우 급속히 화재가 확산되므로 진압이 용이하지 않다. 통상적으로 화재 발생 시에 발화 시점으로부터 초기 1분 내의 조기 진화가 매우 중요하다는 것을 감안한다면 접속반의 화재 발생 시에 이를 신속히 진압할 수 있는 수단이 절실하다.

이런 문제점을 해결하기 위하여 등록특허공보 제10-1491013호에서는 누설전류 및 화재 징후 감시 기능을 갖는 태양광 접속반을 제안하고 있으며, 아크 불꽃 또는 연기 감지 센서, 온도센서 등을 구비하고 접속반 내에서 이상전류를 검출하여 화재 징후를 감지하도록 하고 있다.

그러나, 이러한 종래기술에 의해서는 복수의 태양광발전장치를 동시에 감시하는 원거리 모니터링이 적절하게 이루어질 수 없었다. 나아가 연기나 불꽃 감지를 통해 발화 이후 대응하게 되므로, 화재의 사전 예측을 할 수 없고 따라서 화재 방지를 위한 사전 조치를 생각할 수도 없었다.

등록특허공보 제10-1491013호

본 발명은 상기 문제점들을 해결하여 원격지에서 태양광 접속반의 화재를 조기에 예측하고 능동적으로 대응할 수 있는 태양광 접속반의 화재 모니터링 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 또 다른 과제는 태양광 접속반의 특정 채널 및 영역에 대한 화재 징후를 조기에 감지하여 화재 발생 시 즉각적으로 발화 영역에 소화를 실시하여 접속반의 다른 영역으로 화재가 번지는 것을 방지할 수 있는 자동소화 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 의한 태양광 접속반 화재 모니터링 시스템은 복수의 태양전지 스트링에서 생산된 직류 전원을 취합하여 인버터로 전달하는 하나 이상의 태양광 접속반; 통신 게이트웨이; 및 상기 통신 게이트웨이를 통해 상기 하나 이상의 태양광 접속반과 통신하는 서버;를 포함한다. 이 때 다수의 게이트웨이를 통해 더 많은 태양광 접속반을 서버는 모니터링 할 수도 있다.

상기 태양광 접속반에는 복수의 채널, 각 채널의 전류를 감지하는 전류감지기, 각 채널의 전압을 감지하는 전압감지기 및 수집모듈이 설치된다. 상기 복수의 채널은 각기 태양전지 스트링의 출력단이 연결되는 입력단자와 상기 입력단자에 직렬 연결되는 퓨즈를 포함하고, 상기 복수의 채널은 서로 병렬 연결되어 DC 차단기를 거쳐 출력 단자로 연결된다.

상기 수집모듈은 메모리, 제어부 및 통신부를 포함하고, 상기 수집모듈은 복수의 채널의 전류값 및 전압값을 수집하여 상기 게이트웨이를 통해 서버로 전송한다.

상기 서버는 복수의 채널의 전류값 및 전압값에 기초하여 태양광 접속반의 화재를 예측하고, 화재 경보 신호 및 소화 명령을 화재가 예측되는 태양광 접속반으로 전송하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 상기 태양광 접속반은 입력단자 및 퓨즈를 포함하는 각각의 채널의 위치를 기초로 복수의 영역으로 분할되고, 복수의 영역에 대한 정보 및 복수의 채널의 작동개시일, 위치 정보는 상기 메모리 및 서버의 데이터베이스에 미리 저장되는 것이 바람직하다. 복수의 영역에는 각기 온도센서가 구비되어 영역 온도를 측정하고, 수집모듈은 복수의 채널의 전류값, 전압값 및 영역 온도를 수집하여 시간 데이터와 함께 서버로 전송할 수 있다.

상기 서버는 복수의 채널의 전류값, 전압값, 영역 온도, 시간 데이터 및 환경 데이터를 수집하고 관리 및 학습을 통해 화재를 예측한다. 상기 서버는 학습 알고리즘을 통해 화재 예측 모델을 생성하고, 상기 복수의 채널의 전류값, 전압값, 영역 온도, 시간 데이터 및 환경 데이터를 상기 화재 예측 모델에 실시간으로 입력하여 하나 이상의 태양광 접속반의 화재를 예측한다.

상기 서버는 수집된 데이터를 정상 상태 데이터와 화재 데이터로 각기 출력 레이블을 매칭하여 학습에 사용되는 학습 데이터 집합을 구성한다. 상기 학습 데이터 집합에는 하나 이상의 태양광 접속반의 복수의 채널의 위치, 전류값, 전압값, 영역 온도를 포함하는 복수의 채널 데이터와, 환경 데이터 및 시간 데이터를 포함한다. 환경 데이터는 접속반 외부 온도, 풍속, 일조량, 습도를 포함하고, 시간 데이터는 태양광 접속반의 작동개시일자와 현재 연월일시간을 포함한다.

상기 서버는 상기 정상상태 데이터와 화재 데이터로 각기 매칭된 학습 데이터 집합을 이용하여 기본 모델의 학습을 통해 제1 화재 예측 모델을 생성하고, 상기 제1 화재 예측 모델로부터 화재 예측 결과를 평가하여 제2 화재 예측 모델을 생성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 의한 태양광 접속반은 함체 구조의 하우징 및 상기 하우징에 개폐 가능하도록 결합되는 함체 구조의 도어를 포함한다.

상기 도어의 내측면에 소화기모듈을 상기 도어 내측의 전영역으로 이송할 수 있는 XY 이송모듈이 설치된다. 소화기모듈은 소화약제가 충진된 소화약제탱크, 소화약제탱크에 연결되어 상기 소화약제를 대향하는 상기 하우징 측으로 배출하는 노즐, 상기 노즐과 상기 소화약제탱크 사이에 배치되어 소화약제탱크의 개폐를 조절하는 밸브를 포함한다.

상기 XY 이송모듈은, 상기 도어의 내측에, 수평 또는 수직 방향의 일축을 따라 설치되는 제1 리니어유닛; 및 상기 제1 리니어유닛에 연결되어 상기 일축을 따라 이동가능하며, 상기 일축과 직교하는 타축을 따라 설치되는 제2 리니어유닛;을 포함한다.

상기 소화기모듈의 소화약제탱크는 상기 제2 리니어유닛의 슬라이더헤드에 고정되고, 소화약제탱크의 노즐은 하우징의 전면에 대향 되는 것이 바람직하다.

복수의 채널의 전류값 또는 전압값 중 특정 채널의 전류값 또는 전압값이 기준값 이상인 경우, 수집모듈의 제어부는 상기 XY 이송모듈을 작동하여 상기 소화기모듈을 해당 채널이 포함된 가상 영역과 대향하는 위치로 이동하도록 제어한다. 상기 슬라이더헤드에는 온도계가 더 설치되어 상기 XY 이송모듈에 의해 상기 소화기모듈과 함께 이송될 수 있다.

상기 화재 경보 신호 및 소화 명령을 수신하면, 태양광 접속반의 제어부는 전류값 또는 전압값이 기준값 이상인 채널의 정보로부터 화재 위험 영역을 산정하여 화재 위험 영역으로 상기 소화기모듈과 온도계를 이송하고, 상기 온도계에 의해 감지된 온도가 문턱값 이상인 경우 화재위험 상태로 판단하여 소화약제탱크의 밸브를 개방한다.

상기 태양광 접속반은 그래핀 물질로 코팅되는 것이 바람직하다. 태양광 접속반의 화재 모니터링 시스템의 관리 서버에 의해 실행되는 화재 모니터링 방법은, 학습 데이터 집합을 이용하여 딥 러닝 알고리즘을 통해 화재 예측 모델을 생성하는 학습 단계; 복수의 채널의 전류값, 전압값, 영역 온도, 시간 데이터 및 환경 데이터를 상기 화재 예측 모델에 실시간으로 입력하여 하나 이상의 태양광 접속반의 화재를 예측하는 예측 단계; 및 상기 예측 단계를 통해 특정 접속반의 화재가 예측될 경우 화재 경보 신호 및 소화 명령을 전송하는 단계;를 포함한다.

상기 학습 데이터 집합은 하나 이상의 태양광 접속반의 복수의 채널의 채널 데이터, 환경 데이터, 시간 데이터를 입력값으로, 미리 정한 시간 내에 화재가 발생하는지 여부를 출력으로 포함한다. 상기 복수의 채널의 채널 데이터는 채널 번호, 위치, 전류값, 전압값, 영역 온도를 포함한다.

상기 학습 단계는 상기 화재 예측 모델의 성능을 평가하고 재학습하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 태양광 접속반의 화재 모니터링 시스템은 원격 서버에서 하나 이상의 태양광 접속반의 화재를 모니터링하고 예측할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 태양광 접속반 내의 복수의 채널의 위치, 전류, 전압, 온도와, 환경 데이터, 날짜 및 시간 및 작동 개시일을 이용한 기계 학습에 의해 생성된 화재 예측 모델을 이용하여 화재 위치 및 시기를 조기에 높은 정밀도로 예측하고 대응할 수 있어 화재를 방지할 수 있다.

도 1은 태양광발전장치의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 접속반의 하우징 내의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광접속반의 전기 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 접속반의 화재 모니터링 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 접속반의 화재 모니터링 시스템의 서버와 단말기를 중심으로 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 서버의 화재 예측을 위한 학습 데이터 집합과 학습 단계의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 서버의 화재 예측 학습 단계 중 딥 러닝 단계의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 서버에 의해 실행되는 화재 예측 단계를 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 태양광 접속반의 도어를 개방한 상태의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 접속반의 도어에 설치되는 XY 이송모듈의 정면도와 측면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 xy 이송모듈의 이동에 의한 자동소화 방법을 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광접속반의 도어를 개방한 상태의 하우징의 정면 사진이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 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.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과"연결"되어 있다고 할 때, 이는"직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고"전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 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.

이하, 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광발전장치를 설명하면, 복수의 태양전지 스트링(S1, S2, S3 …, Sn)으로 이루어진 태양전지 어레이(200)과, 복수의 태양전지 스트링으로부터 생산된 직류 전원을 취합하여 인버터로 전달하는 접속반(100)과, 접속반으로부터 전송된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터를 포함한다. 태양광 접속반(100)은 함체 구조의 전면이 개방된 하우징(10)과 상기 하우징에 힌지 등에 의해 결합되어 하우징을 개폐하는 함체 구조의 도어(도 9의 20)를 포함한다.

도 2의 접속반 도면과 도 3의 접속반의 전기 회로도를 참조하여 태양광 접속반을 상세히 설명하면, 하우징(10)에는 개별 태양전지스트링의 출력단이 각기 연결되는 입력단자(131, 132)가 정렬되어 설치된다. 도 2의 실시예에 의하면, + 입력단자(132)는 16개의 입력단자가 병렬로 정렬되고, 개별 + 입력단자(132)에는 각기 직렬 연결되는 퓨즈가 결합된 상태의 채널이 설치된다. - 입력단자(131)도 16개의 입력단자가 병렬로 정렬되고, 개별 - 입력단자(131)에도 각기 직렬 연결되는 퓨즈가 결합된다. 즉, 각기 퓨즈를 구비한 + - 입력단자들이 총 16개의 채널을 형성하여 정렬 배치되는데 각 채널은 양극 접속 단자와 음극 접속단자가 각기 상하로 배치되어 있다.

상기 복수의 채널은 서로 병렬 연결되어 + 및 - 출력단자들이 각기 DC 차단기(136)에 연결되고 이로부터 출력단자(미도시)를 통해 인버터로 연결된다. DC 차단기(136)는 과전압 과전류가 발생하였 때 작동하여 전류를 강제 차단함으로써 이중지락사고를 예방한다. 각 채널의 전류 또는 전압을 감지하기 위한 전류/전압 감지기가 설치된다. 도 2의 실시예에 의하면, 전류 감지기(134)가 채널들에 설치되어 있으나, 별도의 전압 감지기가 각 채널들에 설치될 수 있다. 전류/전압 감지기가 감지한 신호는 유선 케이블에 의해 수집모듈(135)로 전달되어 처리된다. 한편, 이상전압방지장치(133)가 병렬 연결단자에 연결되고, 상기 수집모듈(135)은 메모리, 제어부, 사용자인터페이스 및 통신부를 포함하고 상기 전류/전압 감지기, 이상전압방지장치(133)를 포함한 전기 부품에 연결되어 각종 신호를 수집하고 제어한다. 제어부는 프로세서로 구성되고, 사용자인터페이스는 경계 상태를 알리는 경보를 제공하는 스피커, 디스플레이, LED, 입출력을 위한 다양한 장치일 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 온도센서가 다수 영역별로 배치될 수 있고, 추가로 연기나 불꽃을 검출하는 화재 감지 센서를 접속반 내에 설치할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 의한 태양광 접속반의 화재 모니터링 시스템은 하나 이상의 태양광 접속반 즉, 하나 이상의 태양광발전장치의 화재를 모니터링 할 수 있다. 도 4, 5를 참조하면, 본 발명의 화재 모니터링 시스템은 각기 다른 태양광발전장치에 포함된 하나 이상의 태양광 접속반(100), 통신게이트웨이 및 서버를 포함하고, 사용자 단말기를 더 포함할 수 있다. 태양광 접속반의 수집모듈(135)은 태양광 접속반 내의 전류/전압 감지기, 온도센서 등을 포함하는 센서 데이터를 수집하여 서버로 전송할 수 있다. 상기 통신게이트웨이에는 다수의 태양광 접속반(100)이 유선 또는 무선으로 연결되어 각각의 태양광 접속반(100)의 센싱 데이터를 포함한 정보를 서버로 전달할 수 있다. 상기 서버와 통신망으로 연결된 사용자 단말기를 통해 관리자는 장소에 구애받지 않고 다수의 태양광 접속반의 화재를 쉽게 파악하고 관리할 수 있다.

도 5를 참조하여 관리 서버(500)의 구성을 설명하면, 통신부(510), 제어부(520), 화재예측부(530), 데이터베이스(540), 사용자 인터페이스(550)를 포함한다. 통신부(510)는 외부와의 유선 또는 무선 통신을 수행하여 접속반 및 외부 장치와 각종 데이터 및 명령을 송수신하고, 데이터베이스(540)는 접속반 및 외부 장치로부터 수집한 각종 데이터와 서버에서 생성한 데이터를 저장하고 화재예측부(530)에 제공하며, 화재예측부(530)는 화재 예측 모델을 생성하고 실시간 데이터에 기초하여 상기 화재 예측 모델을 이용하여 화재를 예측한다. 사용자 인터페이스는 디스플레이, 프린터, 스피커 등 다양한 입출력 장치로서 서버의 관리자가 서버를 효과적으로 이용할 수 있게 하며, 제어부(520)는 통신부, 예측부, 데이터베이스 및 인터페이스를 포함한 서버를 전체적으로 제어하고, 화재예측부가 화재를 예측하면 통신부를 통해 각종 명령과 신호를 전송한다.

한편, 복수의 채널이 인접하게 정렬 배치된 태양광 접속반의 화재는 환경적 원인, 케이블 노화, 특정 태양전지 스트링의 과도한 전력 생산, 인접한 케이블 간의 합선, 누전, 온도, 16개 이상의 채널들 간의 물리적 전기적 상호 작용 등의 복잡 다양한 요인들의 상호 작용에 의해 발생할 수 있어 일반적인 방식으로는 예측이 곤란하다. 본 발명은 각 접속반에 속하는 복수의 채널의 물리적, 전기적 데이터와 다양한 외부 환경 데이터를 이용하여 기계학습을 통해 정확도가 높은 화재 예측 모델을 생성하고, 발화가 있기 전에 조기에 대응하는 것으로, 정확도가 높은 화재 모니터링 시스템을 제공한다.

도 6 내지 8을 참조하여 상기 화재 예측부(530)가 화재 예측 모델을 생성하고 생성된 화재 예측 모델을 통해 접속반의 화재를 예측하는 과정을 상세히 설명한다. 예측부(530)에서 수행되는 접속반의 화재 예측 방법은 학습 과정와 예측 과정을 포함한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 화재 예측 학습 과정을 나타낸 블록도로서, 하나 이상의 접속반으로부터 복수의 채널 데이터와 시간 데이터 및 환경 데이터를 수집한다. 채널 데이터는 각 채널의 번호(ID), 채널 위치(접속반 내 배치 위치에 대한 정보로서, 채널 번호에 대응되도록 표준화될 수도 있다), 전류, 전압, 온도 데이터를 포함한다. 이때 온도 데이터는 각 채널이 포함된 영역에 설치된 온도센서가 측정한 값으로 하나 이상의 채널이 하나의 영역에 포함될 수도 있다. 영역에 대해서는 아래에서 다시 상세히 설명한다.

환경 데이터는 외부 온도, 풍속, 습도, 일조량을 포함하고, 접속반 외부에 설치된 환경 센서로부터 접속반이 수집하여 서버로 복수의 채널 데이터와 함께 전송될 수 있으나, 서버가 해당 접속반의 위치 정보 및 시간 정보를 이용하여 기상청 등의 외부 서버로부터 수집할 수도 있다. 시간 데이터는 접속반에서 채널 데이터가 측정된 연월일시분초와, 접속반의 작동개시일 정보를 포함하는 데이터이다.

도 6에 개시된 바와 같이 학습 데이터 집합(training data set)은 정상상태에 수집된 데이터와 화재 상태에서 수집된 데이터에 대해 각각 상태에 대한 출력 레이블을 붙여서 학습에 사용되는 학습 데이터 집합을 구성하게 된다. 여기서 화재 상태는 미리 정한 시간, 예를 들어 10분, 30분 또는 1시간 이내에 화재가 발생한 상태로서, 이 미리 정한 시간 내에 화재가 발생한 경우의 데이터(복수의 채널 데이터, 환경 데이터, 시간 데이터를 포함하는 특정 접속반의 데이터)로 한다.

상기 데이터는 모두 수치화되고 구조화되어 학습 데이터 집합에 포함되고 딥러닝을 통해 예측 모델 f를 생성하게 된다. 데이터 수치화 및 구조화를 위한 전처리 과정은 일반적인 방식에 의한다.

딥러닝 과정은 도 7에 도시된 바와 같이 진행된다. 노드 수와 depth를 결정하여 기본 모델을 결정하고, 상기 기본 모델을 바탕으로 학습 데이터 집합을 가지고 학습을 시켜 화재 예측 모델(제1 예측 모델)이 생성되며, 상기 화재 예측 모델을 가지고 화재 예측 성능을 평가하고 추가 학습을 하여 최종적인 화재 예측 모델(제2 예측 모델)을 생성하게 된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 화재 예측단계에서는 학습과정을 통해 예측 모델이 생성된 후, 수집된 실시간 데이터를 가지고 특정 접속반의 화재를 예측하게 된다. 즉, 서버의 예측부(530)는 소정 시간 내에 화재가 발생할 태양광 접속반을 예측하고, 제어부는 통신부(510)를 통해 화재 경보 신호 및 소화 명령을 화재가 예측되는 태양광 접속반으로 전송한다. 또한, 사용자 인터페이스 또는 사용자 단말기를 통해 관리자에게 화재 경보 리포트를 전송하여 관리자가 발화 전에 화재에 대비할 수 있게 된다.

한편, 태양광 접속반은 입력단자 및 퓨즈를 포함하는 각각의 채널의 위치를 기초로 복수의 (가상) 영역으로 분할되고, 상기 가상 영역에 대한 정보 및 복수의 채널의 작동개시일, 위치 정보는 상기 메모리 및 서버의 데이터베이스에 미리 저장된다. 분할된 영역에는 각기 온도센서가 구비되고, 수집모듈은 복수의 채널의 전류값, 전압값 및 영역 온도를 수집하여 시간 데이터와 함께 서버로 전송한다.

이하 도 9, 10을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 접속반의 구조를 설명한다. 한편, 도 2, 9, 10에는 전선의 일부만이 도시되어 있고 혼동을 막기 위해 복잡한 배선이 생략되어 있으나, 통상의 기술자라면 배선 구조를 쉽게 알 수 있을 것이다.

태양광 접속반(100)은 함체 구조의 전면이 개방된 하우징(10)과 상기 하우징에 힌지 등에 의해 결합되어 하우징을 개폐하는 함체 구조의 도어(20)를 포함한다. 일반적으로 하우징(10)에는 태양광접속반의 기본적인 기능을 수행하는 입력단자, 퓨즈 등 전기 부품들과 전선 등이 모두 설치되고 도어(20)는 비바람 등 외부 환경으로부터 접속반 내 부품들을 보호하는 기능을 수행하는 것이 일반적이었다. 그러나 본 발명에서는 도어를 화재의 조기 소화를 위한 장치를 설치하기 위한 공간으로 이용한다.

이를 위해, 상기 하우징의 복수의 채널 및 각종 전기부품과 대향되는 상기 도어 내측면에 소화기모듈을 도어 내측의 전영역으로 이송할 수 있는 XY 이송모듈이 설치된다. 상기 소화기모듈은 소화약제가 충진된 소화약제탱크(191), 소화약제탱크에 연결되어 상기 소화약제를 대향하는 상기 하우징 측으로 배출하는 노즐(192), 상기 노즐과 상기 소화약제탱크 사이에 배치되어 소화약제탱크의 개폐를 조절하는 밸브(193)를 포함한다. 상기 소화약제는 분말, 액상 모두 가능하며, 나노 입자 또는 나노캡슐의 형태일 수도 있다. 특히 나노입자캡슐은 소량으로도 소화기능이 우수하다.

도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 XY 이송모듈과 소화기모듈을 상세히 설명하면, XY 이송모듈은 XY 겐트리의 구조를 가진다. 도어(20)의 내측에 Y 방향(도면의 수직방향)의 일축을 따라 제1 리니어유닛이 설치된다. 제1 리니어유닛은 리니어가이드(180), 슬라이더헤드 및 상기 슬라이더헤드를 이동시키는 Y-모터(181)를 포함한다. Y-모터(181)에 의해 스큐류 방식 또는 레일 등의 방식으로 리니어가이드(180)를 따라 Y 축 방향으로 슬라이더헤드를 이동시킨다. 한편, 제1 리니어유닛의 슬라이더헤드(도면부호 없음)에는 제2 리니어유닛이 장착되어 제1 리니어유닛의 작동에 따라 Y 축을 따라 이동가능하다. 제2 리니어유닛은 리니어가이드(170), 제2 슬라이더헤드(190) 및 상기 슬라이더헤드를 이동시키는 X-모터(171)를 포함한다. X-모터(171)에 의해 스큐류 방식 또는 레일 방식 등을 이용하여 리니어가이드(170)를 따라 X 축 방향으로 슬라이더헤드를 이동시킨다. 실시예에서는 제1 리니어유닛이 Y축을 따라 설치되고 제2 리니어유닛이 X 축으로 설치되어 있으나 방향이 서로 바뀌어도 좋다.

한편, 소화기모듈은 상기 제2 슬라이더헤드(190)에 고정되어, XY 이송모듈의 작동에 따라 하우징의 내측과 대향하는 어떠한 위치로도 이송될 수 있다. 즉, 소화기모듈은 XY 이송모듈에 의해 복수의 채널, 이상전압 방지장치, 전류/전압감지기, DC 차단기 및 수집모듈을 포함하는 전기소자 중 특정 소자나 채널과 대향하는 위치로 쉽게 이송될 수 있다. 이송 위치에 대한 좌표 정보 또는 스텝 모터 회전수 정보는 미리 산정되어 수집모듈의 메모리에 저장되고, 제어부의 명령에 따라 상기 모터들의 작동에 의해 소화기모듈은 목표 위치로 이동된다. 모터 작동 신호는 연결케이블(미도시)에 의해 제어부에서 모터로 전송된다.

한편, 소화기모듈의 소화약제탱크(191)는 상기 제2 리니어유닛의 슬라이더헤드(190)에 고정되고, 소화약제탱크의 전면에 노즐(192)이 형성되어 하우징의 전면에 설치된 복수의 전기소자 및 설비와 대향된다. 소화약제탱크(191)의 개폐를 조정하기 위한 솔레노이드 밸브(193)가 설치되어 소화약제의 노즐을 통한 배출을 조정한다. 한편, 제2 리니어유닛의 슬라이더헤드(190)에는 온도계(194)가 소화약제탱크(191)에 인접하게 설치되어 상기 XY 이송모듈에 의해 소화기모듈과 함께 이송된다. 온도계(194)는 별도의 고정부재에 의해 노즐(192) 보다 약간 전면으로 돌출되게 설치될 수 있고, 적외선 온도센서와 같은 무선 온도센서일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 온도계(194), 밸브(193), XY 이송모듈은 모두 제어부에 의해 제어되고 온도계가 감지한 센서 신호는 수집모듈로 전송되어 제어부에 의해 처리된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 하우징은 입력단자 및 퓨즈를 포함하는 각각의 채널의 위치를 기초로 복수의 영역으로 분할되는데, 이는 채널별로 각기 다른 태양전지스트링으로부터 전력이 입력됨으로써 화재 가능성이 채널별로 달라지기 때문이다. 분할된 영역에는 다수의 채널이 한 영역에 포함될 수도 있으나, 1개의 채널당 하나의 영역이 할당될 수도 있다. 채널별 전류, 전압에 대한 모니터링에 의해 조기에 화재 가능성을 예측하고 능동적으로 대응하기 위해서는 발화로 인한 불꽃을 감지하거나 온도를 감지하는 단계 이전에 전류, 전압 변화를 채널별로 수집하고 발화 예측을 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 관리 서버(500)로부터 화재 경보 신호 및 소화 명령을 수신하면, 상기 수집모듈(135)의 제어부는 전류값 또는 전압값이 기준값 이상인 채널의 정보로부터 화재 위험 영역을 산정하여 화재 위험 영역으로 소화기모듈과 온도계를 이송하고, 상기 온도계에 의해 감지된 온도가 문턱값 이상인 경우 화재위험 상태로 판단하여 소화약제탱크의 밸브를 개방한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 서버로부터 화재 경보를 받기 이전에 전류/전압 감지기에 의해 측정된 복수의 채널의 전류값 또는 전압값 중 특정 채널의 전류값 또는 전압값이 기준값 이상인 경우, 수집모듈(135)의 제어부는 XY 이송모듈을 작동하여 소화기모듈을 해당 채널이 포함된 가상 영역과 대향하는 위치로 이동하도록 제어한다. 이 때 각 채널에는 스위치가 부가로 설치되어 전류값이 기준값 이상일 경우 XY 이송모듈의 이송을 위한 전원 연결이 이루어지거나 보조 배터리에 충전이 개시되어 부하로서 작용함으로써 과전력을 일부 해소하여 화재를 방지할 수도 있다.

도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양광 접속반의 자동소화 방법을 설명한다. 이 방법은 수집모듈(135)의 제어부의 명령에 의해 실행된다. 일정 시간 간격으로 전류 감지기 또는 전압 감지기로부터 채널별 전류 또는 전압 감지 신호를 수집모듈의 통신버스를 통해 수신한다. 제어부는 채널별 전류값 또는 전압값이 미리 정해진 범위를 벗어난 것인지 판단한다. 예를 들어, 복수의 채널 중 특정 채널의 전류가 15A 이상인 경우, 화재 경계 상태인 것으로 판단한다.

전류값 또는 전압값이 미리 정해진 범위를 벗어난 채널의 정보, 예를 들어 첫 번째 채널인 c1 채널이 포함된 가상 영역인 a1 영역을 화재 위험 영역으로 산정한다. 이후 a1영역의 좌표 또는 모터 신호량 등을 기초로, XY 이동모듈을 이용하여 상기 화재 위험 영역으로 소화기모듈과 함께 온도계를 이송한다. 온도계가 화재 위험 영역의 온도를 감지하고 신호를 제어부로 전송하며, 제어부는 감지된 온도가 정해진 문턱 온도 이상인지 판단한다. 감지된 온도가 정해진 문턱 온도 이상이라면 소화약제탱크(191)의 밸브(193)를 개방하여 화재 위험 영역에 대한 소화를 시작한다. 여기에서 문턱 온도는 발화 온도인 것이 바람직하다. 한편, 위와 같이 XY 이송모듈에 의해 소화기모듈이 특정 영역으로 이송된 상태에서 서버로부터 화재 경보를 받을 경우에는 온도 측정과 별개로 발화온도에 도달한 것으로 보아 밸브를 열고 자동소화를 시작할 수도 있다.

이처럼 발화 이전에 발화가 예상되는 영역으로 소화약제탱크의 노즐을 이동시키고 인접한 온도계로 발화의 여부를 확인한 후 발화와 동시에 소화약제를 분사함으로써 피해를 최소화할 수 있다. 하우징에 실장되는 전자부품과 대향하는 전영역으로 소화기모듈을 이송할 수 있는 XY 이송모듈이 도어의 내측면에 설치되므로 공간 자유도가 확보되면서도 화재발생 가능 영역에 정확히 대응하여 소화를 할 수 있다. 따라서 정교하면서도 고도화된 자동소화가 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 접속반은 그래핀 물질로 코팅되는 것이 바람직하다. 모든 전기부품이 설치된 상태로 접속반의 내측 및 외측을 그래핀 물질로 코팅하면, 방열성이 향상되고, 내열성과 난연성이 향상되어 화재 발생을 줄일 수 있다. 그래핀 물질을 조립 완료된 접속반에 도포하여 코팅을 하는 것이 바람직하다.

전류 감지기 또는 전압감지기에 의해 측정된 전류값 또는 전압값이 기준값 이상인 경우, 상기 DC 차단기가 작동하여 인버터로 연결되는 전기가 차단된다.

특히 대형 태양광발전장치에서는 태양광스트링의 수가 증가하고 이에 따라 채널수가 증가하며 접속반의 내부 전기부품들도 더욱 많아져서 접속반이 대형화된다. 본 발명에 의하면, 대형 접속반의 일부 채널의 과전류로 인해 화재가 발생하고 주변 채널로 번져가기 전에 조기에 원격지에서 파악하고 부분 소화를 함으로써 해당 채널만 교체하여 접속반을 계속 사용할 수 있어 유지 보수가 우수하고 경제적이고 수리시간이 단축된다.

S1, S2, S3 …, Sn: 태양전지스트링
100: 태양광 접속반 200: 태양전지 어레이
131: 퓨즈를 구비한 입력단자(-) 132: 퓨즈를 구비한 입력단자(+)
133: 이상전압방지장치 134: 전류 감지기
135: 수집모듈 136: DC 차단기
170: 리니어가이드 171: X-모터
180: 리니어가이드 181: Y-모터
190: 조리개부 191: 소화약제탱크
192: 노즐 193: 밸브
194: 온도계
500: 서버 510: 통신부
520: 제어부 530: 예측부
540: 데이터베이스 550: 사용자 인터페이스

Claims (10)

1. 복수의 태양전지 스트링에서 생산된 직류 전원을 취합하여 인버터로 전달하는 하나 이상의 태양광 접속반;
   통신 게이트웨이; 및
   상기 통신 게이트웨이를 통해 상기 하나 이상의 태양광 접속반과 통신하는 서버;를 포함하는 태양광 접속반 모니터링 시스템으로서,
   상기 태양광 접속반에는 복수의 채널, 각 채널의 전류를 감지하는 전류감지기, 각 채널의 전압을 감지하는 전압감지기 및 수집모듈이 설치되고,
   상기 복수의 채널은 각기 태양전지 스트링의 출력단이 연결되는 입력단자와 상기 입력단자에 직렬 연결되는 퓨즈를 포함하고, 상기 복수의 채널은 서로 병렬 연결되어 DC 차단기를 거쳐 태양광 접속반의 출력 단자로 연결되고,
   상기 수집모듈은 메모리, 제어부 및 통신부를 포함하고,
   상기 수집모듈은 복수의 채널의 전류값 및 전압값을 수집하여 상기 게이트웨이를 통해 서버로 전송하고,
   상기 서버는 복수의 채널의 전류값 및 전압값에 기초하여 태양광 접속반의 화재를 예측하고, 화재 경보 신호 및 소화 명령을 화재가 예측되는 태양광 접속반으로 전송하고,
   상기 태양광 접속반은 입력단자 및 퓨즈를 포함하는 각각의 채널의 위치를 기초로 복수의 영역으로 분할되고,
   복수의 영역에 대한 정보 및 복수의 채널의 작동개시일, 위치 정보는 상기 메모리 및 서버의 데이터베이스에 미리 저장되고,
   복수의 영역에는 각기 온도센서가 구비되어 영역 온도를 측정하고,
   수집모듈은 복수의 채널의 전류값, 전압값 및 영역 온도를 수집하여 시간 데이터와 함께 서버로 전송하고,
   상기 서버는 복수의 채널의 전류값, 전압값, 영역 온도, 시간 데이터 및 환경 데이터를 수집하고 관리 및 학습을 통해 화재를 예측하며,
   상기 서버는 학습 알고리즘을 통해 화재 예측 모델을 생성하고, 상기 복수의 채널의 전류값, 전압값, 영역 온도, 시간 데이터 및 환경 데이터를 상기 화재 예측 모델에 실시간으로 입력하여 하나 이상의 태양광 접속반의 화재를 예측하며,
   상기 서버는 수집된 데이터를 정상 상태 데이터와 화재 데이터로 각기 출력 레이블을 매칭하여 학습에 사용되는 학습 데이터 집합을 구성하고,
   상기 학습 데이터 집합에는 하나 이상의 태양광 접속반의 복수의 채널의 위치, 전류값, 전압값 및 영역 온도를 포함하는 복수의 채널 데이터와, 환경 데이터 및 시간 데이터를 포함하고,
   환경 데이터는 접속반 외부 온도, 풍속, 일조량, 습도를 포함하고,
   시간 데이터는 태양광 접속반의 작동개시일자와 데이터의 측정 연월일시간을 포함하고,
   상기 서버는 학습 데이터 집합을 이용하여 학습을 통해 상기 화재 예측 모델을 생성하고,
   상기 태양광 접속반은,
   함체 구조의 하우징; 및
   상기 하우징에 개폐 가능하도록 결합되는 함체 구조의 도어;를 포함하고,
   상기 도어의 내측면에 소화기모듈을 상기 도어 내측의 전영역으로 이송할 수 있는 XY 이송모듈이 설치되고,
   상기 소화기모듈은 소화약제가 충진된 소화약제탱크, 소화약제탱크에 연결되어 상기 소화약제를 대향하는 상기 하우징 측으로 배출하는 노즐, 상기 노즐과 상기 소화약제탱크 사이에 배치되어 소화약제탱크의 개폐를 조절하는 밸브를 포함하며, 상기 소화약제는 나노 입자 또는 나노입자캡슐이고,
   상기 XY 이송모듈은,
   상기 도어의 내측에, 수평 또는 수직 방향의 일축을 따라 설치되는 제1 리니어유닛; 및
   상기 제1 리니어유닛에 연결되어 상기 일축을 따라 이동가능하며, 상기 일축과 직교하는 타축을 따라 설치되는 제2 리니어유닛;을 포함하고,
   상기 소화기모듈의 소화약제탱크는 상기 제2 리니어유닛의 슬라이더헤드에 고정되고, 소화약제탱크의 노즐은 하우징의 전면에 대향 되고,
   상기 슬라이더헤드에는 온도계가 더 설치되어 상기 XY 이송모듈에 의해 상기 소화기모듈과 함께 이송되고,
   상기 화재 경보 신호 및 소화 명령을 수신하면, 태양광 접속반의 제어부는 전류값 또는 전압값이 기준값 이상인 채널의 정보로부터 화재 위험 영역을 산정하여 화재 위험 영역으로 상기 소화기모듈과 온도계를 이송하고, 상기 온도계에 의해 감지된 온도가 문턱값 이상인 경우 화재위험 상태로 판단하여 소화약제탱크의 밸브를 개방하고,
   상기 태양광 접속반은 그래핀 물질로 코팅되는, 태양광 접속반의 화재 모니터링 시스템.
2. 청구항 1의 태양광 접속반의 화재 모니터링 시스템의 서버에 의해 실행되는 화재 방지 방법으로,
   학습 데이터 집합을 이용하여 딥 러닝 알고리즘을 통해 화재 예측 모델을 생성하는 학습 단계;
   복수의 채널의 번호, 위치, 전류값, 전압값, 영역 온도, 시간 데이터 및 환경 데이터를 상기 화재 예측 모델에 실시간으로 입력하여 하나 이상의 태양광 접속반의 화재를 예측하는 예측 단계; 및
   상기 예측 단계를 통해 특정 접속반의 화재가 예측될 경우 화재 경보 신호 및 소화 명령을 전송하는 단계;를 포함하는 태양광 접속반의 화재 모니터링 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 학습 데이터 집합은 하나 이상의 태양광 접속반의 복수의 채널의 채널 데이터, 환경 데이터 및 시간 데이터를 입력값으로, 미리 정한 시간 내에 화재가 발생하는지 여부를 출력으로 포함하고,
   상기 복수의 채널의 채널 데이터는 채널 번호, 위치, 전류값, 전압값 및 영역 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 접속반의 화재 모니터링 방법.
   
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