KR102080164B1 - 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템 - Google Patents

태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

실시간 측정전력량과 실시간 발전예상량을 근거로 태양광 모듈의 고장을 예측하도록 구성되어 태양광 모듈의 고장 여부를 정확하게 판단할 수 있는 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템이 개시된다. 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템은, 태양광 발전에 의한 전력량을 실시간 측정하는 실시간 전력 측정 모듈; 태양광 모듈이 설치된 위치의 날짜 및 시간대별 태양광 발전량 변화 추이가 미리 저장되는 데이터베이스; 일사량 센서; 모듈온도 센서; 풍속 센서; 실시간 감지된 풍속의 크기를 근거로 감지된 모듈온도를 보정하여 보정 모듈온도로 설정하는 온도 보정부; 및 (i) 데이터베이스에 미리 저장된 날짜 및 시간대별 태양광 발전량 변화 추이를 조회하고 실시간 일사량 및 보정 모듈온도를 고려하여 태양광 발전의 실시간 발전예상량을 산출하고, (ii) 측정된 실시간 측정전력량과 산출된 실시간 발전예상량의 차이가 임계치보다 작은 것으로 체크되면 태양광 모듈의 정상 구동으로 판단하고, (iii) 측정된 실시간 측정전력량과 산출된 실시간 발전예상량의 차이가 임계치보다 같거나 큰 것으로 체크되면 태양광 모듈의 고장이나 비정상 구동으로 판단하는 모니터링 서버를 포함한다.

Description

태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템{SYSTEM FOR MONITORING FAILURE FORECASTS OF SOLAR MODULE}
본 발명은 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실시간 측정전력량과 실시간 발전예상량을 근거로 태양광 모듈의 고장을 예측하도록 구성되어 태양광 모듈의 고장 여부를 정확하게 판단할 수 있는 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템에 관한 것이다.
세계적으로 기후변환 협약과 에너지 자원의 고갈문제가 대두되면서 태양 에너지에 대한 관심이 고조되어 태양 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
국내에서도 대체 에너지를 이용하여 발전된 전력을 상용계통에 공급할 수 있도록 하는 연구가 진행되고 있다. 특히, 태양광 에너지를 이용한 태양광 발전 시스템은 태양전지에 의해 태양광을 전력(직류)으로 변환하며 이 직류를 인버터를 통해 일반 가정에서 사용되는 교류로 변환한다.
태양광 발전 시스템은 표면에 입사되는 햇빛을 받아 광전효과(Photoelectric Effect)에 의해 빛 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 발전 장치이다. 태양광 발전 시스템은 물리적으로 화학변화를 동반하지 않기 때문에 환경 오염물질을 발생하지 않으며, 기계적 가동 부분이 없기 때문에 소음과 마찰에 의한 마모가 없어 내구성이 강하며 반영구적 수명을 갖고 있다. 이러한 장점으로 운전관리비를 최소화 할 수 있기 때문에 태양광 발전은 신재생에너지 자원 중 안정된 에너지원의 하나로 각광받고 있다.
태양광 발전 장치는 태양광 모듈과 태양 전지 모듈 등으로 구성된다. 태양광 모듈에서는 전기를 직류로 생산하여 저장하기 때문에, 인버터(inverter)를 이용하여 교류로 변환하여 가정 내 부하(load)로 공급하여야 한다.
이처럼 태양광 발전 장치는 여러 구성들로 구성되며, 각 구성들에서 고장이나 동작 오류가 발생하는 경우 이를 즉각적으로 감지하여 조치를 취하여야 한다.
한국등록특허 제10-1728692호(2017. 04. 14.) (태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템 및 방법) 한국등록특허 제10-1728690호(2017. 04. 14.) (태양광 발전에서의 실시간 고장 알림 시스템 및 방법) 한국공개특허 제10-2014-0042840호(2014. 04. 07.) (태양광발전 원격 감시 시스템) 한국등록특허 제10-1797915호(2017. 11. 09.) (실시간 태양광 발전 효율에 기반한 태양광 발전 모니터링 시스템)
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 실시간 측정전력량과 실시간 발전예상량을 근거로 태양광 모듈의 고장을 예측하도록 구성되어 태양광 모듈의 고장 여부를 정확하게 판단할 수 있는 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
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상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템은, 태양광 발전을 수행하는 태양광 모듈에서 수행되는 태양광 발전에 의한 전력량을 실시간 측정하는 실시간 전력 측정 모듈; 상기 태양광 모듈이 설치된 위치의 날짜 및 시간대별 태양광 발전량 변화 추이가 미리 저장되는 데이터베이스; 상기 태양광 모듈이 설치된 장소의 일사량을 실시간 감지하는 일사량 센서; 상기 태양광 모듈의 온도를 실시간 감지하는 모듈온도 센서; 상기 태양광 모듈이 설치된 장소의 풍속을 실시간 감지하는 풍속 센서; 상기 실시간 감지된 풍속의 크기를 근거로 상기 감지된 모듈온도를 보정하여 보정 모듈온도로 설정하는 온도 보정부; 및 (i) 상기 데이터베이스에 미리 저장된 날짜 및 시간대별 태양광 발전량 변화 추이를 조회하고 상기 실시간 일사량 및 상기 보정 모듈온도를 고려하여 태양광 발전의 실시간 발전예상량을 산출하고, (ii) 측정된 실시간 측정전력량과 산출된 실시간 발전예상량의 차이가 임계치보다 작은 것으로 체크되면 태양광 모듈의 정상 구동으로 판단하고, (iii) 측정된 실시간 측정전력량과 산출된 실시간 발전예상량의 차이가 상기 임계치보다 같거나 큰 것으로 체크되면 태양광 모듈의 고장이나 비정상 구동으로 판단하는 모니터링 서버를 포함하되, 하되, 상기 실시간 전력 측정 모듈은 전류 센서를 포함하고, 상기 전류 센서는, 상대적으로 작은 전류의 측정에 용이한 CT 센서; 상대적으로 큰 전류의 측정에 용이한 로고스키 센서; 일단이 상기 CT 센서의 일단에 연결되고, 상기 모니터링 서버에서 출력되는 제어 신호에 응답하여 온/오프되어 상기 CT 센서에 측정된 교류 전원을 타단을 통해 출력하는 제3 스위칭부; 일단이 상기 로고스키 센서의 일단에 연결되고, 상기 모니터링 서버에서 출력되는 제어 신호에 응답하여 온/오프되어 상기 로고스키 센서에 측정된 교류 전원을 타단을 통해 출력하는 제4 스위칭부; 정극성 입력단이 상기 제3 스위칭부의 타단 및 상기 제4 스위칭부의 타단에 공통 연결되고, 부극성 입력단이 상기 CT 센서의 타단 및 상기 로고스키 센서의 타단에 공통 연결되며, 상기 CT 센서 또는 상기 로고스키 센서에서 출력되는 교류 전원을 맥류 파형으로 변환하는 제3 정류부; 상기 제3 정류부에서 출력되는 맥류 전압을 필터링하여 평탄한 직류 전압으로 변환하는 제3 평활부; 및 상기 제3 평활부의 상기 직류 전압과 기준 전압을 비교하여 그 결과값을 상기 온도 보정부에 출력하는 제3 비교부를 포함하되, 상기 태양광 모듈에서 일사량이 낮은 것으로 체크되면 상기 CT 센서에서 측정된 전류를 근거로 실시간 전력을 측정하고, 상기 태양광 모듈에서 일사량이 높은 것으로 체크되면 상기 로고스키 센서에서 측정된 전류를 근거로 실시간 전력을 측정하는 것을 특징으로 한다.
일실시예에서, 상기 온도 보정부는, 실시간 감지된 풍속의 크기를 체크하고, 실시간 감지된 풍속이 낮은 풍속으로 체크되면, 감지된 모듈온도 자체를 보정 모듈온도로 설정하고, 실시간 감지된 풍속이 중간 풍속으로 체크되면, 감지된 모듈온도를 5% 다운하여 보정 모듈온도로 설정하고, 실시간 감지된 풍속이 높은 풍속으로 체크되면, 감지된 모듈온도를 10% 다운시켜 보정 모듈온도로 설정할 수 있다.
일실시예에서, 상기 모니터링 서버는 상기 실시간 측정전력량과 상기 실시간 발전예상량을 대비하여 상기 태양광 모듈의 고장이나 비정상을 예측하되, 상기 실시간 측정전력량과 상기 실시간 발전예상량의 차이가 소정 시간 이상 동안 소정 임계치 이상 차이가 나는 경우 상기 태양광 모듈의 고장이나 비정상 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
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이러한 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템에 의하면, 실시간 측정전력량과 실시간 발전예상량을 근거로 태양광 모듈의 고장을 예측하되, 실시간 발전예상량의 산출은 실시간 변화 추이, 실시간 감지된 일사량, 실시간 감지되고 풍속에 따라 보정된 보정 모듈온도를 고려하여 산출된다. 이에 따라 시시각각 변화하는 태양광 발전량이 계절이나 실시간 날씨 변화에 따라 적절한 이론상의 발전량에 부합하게 변화하는지 판단할 수 있고, 태양광 모듈의 고장 여부를 정확하게 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전력 측정 모듈에 구비되는 전류 센서의 일례를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전력 측정 모듈에 구비되는 전류 센서의 다른 예를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템은 실시간 전력 측정 모듈(210), 데이터베이스(220), 일사량 센서(230), 모듈온도 센서(240), 풍속 센서(250), 온도 보정부(260), 실시간 날씨 수신 모듈(270) 및 모니터링 서버(280)를 포함하고, 태양광 발전을 수행하여 전력을 생산하는 태양광 모듈(110)의 고장 예측을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 태양광 모듈(110)에 의해 생산된 직류 전원은 인버터(120)에 의해 교류 전원으로 변환되어 축전지 모듈(미도시)에 저장될 수 있다.
태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템은 날짜 및 시간대별로 태양광 발전량의 변화 추이에 대한 데이터베이스(220)를 미리 구축하고, 해당 데이터베이스(220)에 따른 태양광 발전의 변화추이와 일사량 센서(230) 및 모듈온도 센서(240)에 의해 감지되는 시간 날씨에 따라 태양광 발전이 적절하게 이루어지고 있는지 판단하도록 구성된다. 이에, 태양광 모듈(110)의 고장이나 오류를 예측할 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
태양광 모듈(110)은 태양광 발전을 수행하여 전력을 생산하도록 구성될 수 있다.
실시간 전력 측정 모듈(210)은 태양광 모듈(110)에서 수행되는 태양광 발전에 의한 전력량을 실시간 측정하도록 구성될 수 있다. 실시간 전력 측정 모듈(210)은 전류 센서(미도시), 전압 센서(미도시) 및 곱셈기(미도시)로 구성될 수 있다. 상기한 전류 센서에 의해 측정되는 전류와 상기한 전압 센서에 의해 측정되는 전압은 곱셈기에 의해 곱해져서 전력이 측정되도록 구성될 수 있다.
데이터베이스(220)는 태양광 모듈(110)이 설치된 위치의 태양광 발전량에 대한 날짜 및 시간대별 태양광 발전량 변화 추이가 미리 저장되도록 구성될 수 있다. 태양광 모듈(110)이 설치된 위도와 경도에 따라 태양이 지나가는 길이 달라지며, 이에 따라 계절마다 그리고 시간마다 태양의 방향, 위치, 고도는 시시각각 달라지게 된다. 이를 미리 산출하여 데이터베이스(220)에 저장되도록 구성될 수 있다. 바람직하게는 태양광 모듈(110)이 설치된 고도와 주변의 산이나 빌딩과 같은 지형을 고려하여 태양광이 가려지는 경우 등을 모두 고려하여 데이터베이스화하도록 구성될 수 있다.
일사량 센서(230)는 태양광 모듈(110)이 설치된 장소의 일사량을 실시간 감지하도록 구성되어, 실시간 감지된 일사량 신호를 모니터링 서버(280)에 제공한다. 일사량이 증가하면 전류가 증가하여 출력 전력이 증가하게 된다.
모듈온도 센서(240)는 태양광 모듈(110)의 온도를 실시간 감지하도록 구성되어, 실시간 감지된 모듈온도 신호를 온도 보정부(260)에 제공한다. 일사량이 증가하면 전류가 증가하여 출력 전력이 증가하게 되고, 온도가 상승하면 전압이 감소하여 출력 전력이 저하되는 특성이 있다. 따라서, 일사량과 모듈온도는 태양광 모듈이 정상적으로 태양광 발전을 이루는지 판단하는 중요하다.
풍속 센서(250)는 태양광 모듈이 설치된 장소의 풍속을 실시간 감지하도록 구성되어, 실시간 감지된 풍속 신호를 온도 보정부(260)에 제공한다.
온도 보정부(260)는 풍속 센서(250)에서 제공되는 실시간 감지된 풍속의 크기를 근거로 모듈온도 센서(240)에서 감지된 모듈온도를 보정하여 보정 모듈온도로 설정하고, 설정된 보정 모듈온도를 모니터링 서버(280)에 제공한다.
구체적으로, 온도 보정부(260)는 풍속 센서(250)에서 제공되는 실시간 감지된 풍속의 크기를 체크하고, 실시간 감지된 풍속이 낮은 풍속으로 체크되면, 감지된 모듈온도 자체를 보정 모듈온도로 설정하고, 실시간 감지된 풍속이 중간 풍속으로 체크되면, 감지된 모듈온도를 5% 다운하여 보정 모듈온도로 설정하고, 실시간 감지된 풍속이 높은 풍속으로 체크되면, 감지된 모듈온도를 10% 다운시켜 보정 모듈온도로 설정한다.
태양광 모듈(110)이 설치된 장소의 현재 날씨 즉 일사량에 따라서 태양광 발전량이 시시각각 변화하게 되는데, 현재 설치 장소의 태양광 발전량은 일사량을 감지하거나 태양광 모듈(110) 자체의 온도를 감지하여 이를 가늠할 수 있다. 즉, 일사량 센서(230) 및 모듈온도 센서(240)의 센싱값에 의해 현재 날씨에 따른 태양광 발전량을 실시간으로 가늠할 수 있다.
한편, 실시간 날씨 수신 모듈(270)은 기상청 서버(130)로부터 실시간 날씨를 수신하도록 구성될 수 있다. 비가 오거나 눈이 오거나 구름이 많은 경우에는 태양광이 적어지는데, 이러한 실시간 날씨를 고려하도록 하기 위함이다. 일사량 센서(230) 및 모듈온도 센서(240)에 의해 현재 날씨를 가늠하여 고려할 수 있지만, 실시간 날씨 수신 모듈(270)은 일사량 센서(230) 및 모듈온도 센서(240)에 대한 2차적인 구성으로서 활용 가능하다.
모니터링 서버(280)는 데이터베이스(220)에 미리 저장된 날짜 및 시간대별 태양광 발전량 변화 추이와 일사량 센서(230) 및 모듈온도 센서(240)에 의해 실시간 감지된 일사량 및 태양광 모듈(110)의 온도를 고려하여 태양광 발전의 실시간 발전예상량을 산출하도록 구성될 수 있다. 여기서, 일사량 센서(230) 및 모듈온도 센서(240)에 의해 실시간 감지된 일사량 및 태양광 모듈(110)의 온도에 대해서는 2차적으로 실시간 날씨 수신 모듈(270)에 의해 수신된 실시간 날씨로서 대체할 수도 있다.
태양광 발전의 실시간 발전예상량은 특정 범위대의 태양광 발전량으로서 확률적으로 예상될 수 있다.
모니터링 서버(280)는 실시간 전력 측정 모듈(210)에서 실시간 측정된 측정전력량과 앞서 산출된 태양광 발전의 실시간 발전예상량을 대비하여 태양광 모듈(110)의 고장이나 비정상 여부를 예측하도록 구성될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 소정 상한/하한 임계치를 갖는 확률적인 태양광의 발전예상량과 실시간 측정된 측정전력량이 소정 시간 이상 동안 소정 임계치 이상 차이가 나는 경우 태양광 모듈(110)의 고장이나 비정상 여부로 판단하도록 구성될 수 있다.
모니터링 서버(280)는 태양광 모듈(110)의 고장이나 비정상 여부가 예측된 경우, 사용자 단말(140)로 오류 메시지를 실시간 송신하도록 구성될 수 있다.
한편, 모니터링 서버(280)는 데이터베이스(220)에 저장된 날짜 및 시간대별 태양광 발전량 변화 추이를 실시간 날씨 및 실시간 측정된 측정전력량과 대응시켜 데이터베이스(220)에 저장하여 차후 상기 태양광 모듈(110)의 고장이나 비정상 여부를 예측하는 데 이용하도록 구성될 수 있다.
이러한 데이터베이스(220)에 저장되는 값들은 보다 정확한 과거 데이터로서 활용되며, 예측의 정확도를 높일 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전력 측정 모듈에 구비되는 전류 센서의 일례를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 일례에 따른 전류 센서는 전원 공급부(212), 전환 회로부(214) 및 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter, ADC)(216)로 구성될 수 있다.
전원 공급부(212)는 동작 전원을 전환 회로부(214) 및 아날로그-디지털 변환기(216)로 각각 공급하도록 구성될 수 있다.
전환 회로부(214)는 전류 센서(ZCT)에서 측정된 전류를 전압치로 변환하여 디지털 값으로 출력하도록 구성될 수 있다. 전환 회로부(214)에서 저항(R7)과 저항(RV2)는 병렬 연결된다. 저항(R7)은 전류 센서(ZCT)에서 측정된 전류를 전압으로 변환하기 위한 기준 저항이고, 저항(RV2)는 전류 측정 감도를 설정하기 위한 가변 저항이다. 가변 저항값을 조정하여 전류 측정 감도 내지는 레졸루션(resolution)을 설정하도록 구성될 수 있다. 저항(R6), 기준 저항(R7) 및 가변 저항(RV2)의 병렬 연결에 대해 직렬로 연결되도록 구성되며, U2 프로세서는 기준 저항(R7)을 기준으로 가변 저항(RV2)의 전류 측정 감도로 전압으로 변환하여 출력한다.
아날로그-디지털 변환기(216)는 U2 프로세서에 의해 변환된 전압을 디지털 값으로 변환하여 모니터링 서버(280)에 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전력 측정 모듈에 구비되는 전류 센서의 다른 예를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 다른 예에 따른 전류 센서는, CT(Current transfomer) 센서(510), 로고스키(Rogowski) 센서(520), 제3 스위칭부(530), 제4 스위칭부(540), 제3 정류부(550), 제3 평활부(560) 및 제3 비교부(570)를 포함하고, 모니터링 서버(280)의 제어에 따라 CT 센서(410)에서 측정된 AC 전류 또는 로고스키 센서(520)에서 측정된 AC 전류를 모니터링 서버(280)에 제공한다.
CT 센서(510)는 선로에 흐르는 교류 전원을 검출하고, 제3 스위칭부(530)의 제어에 따라 검출된 교류 전원을 제3 스위칭부(530)를 경유하여 제3 정류부(550)에 제공한다.
로고스키 센서(520)는 선로에 흐르는 교류 전원을 검출하고, 제4 스위칭부(540)의 제어에 따라 검출된 교류 전원을 제4 스위칭부(540)를 경유하여 제3 정류부(550)에 제공한다. 즉, 로고스키 센서(520)는 선로에 흐르는 전류에 대하여 v = Mdi(t)/dt(여기서, M은 상호 인덕턴스이고, i는 선로에 흐르는 전류임)의 관계식에 의한 전압(v)을 유기하고, 상기 유기된 전압은 흐르는 전류의 미분 형태이므로 원 파형을 복원하기 위해 적분기(미도시)를 사용한다. 로고스키 센서(520)는 코일 타입의 전류 센서로서, 균일하게 감은 코일의 한쪽 끝을 코일 내부로 관통시켜 제작되며, 전류에 의해 유기되는 유도 전압을 적절한 적분 회로를 통하여 적분함으로써 전류를 측정한다.
제3 스위칭부(530)는 일단이 CT 센서(510)의 일단에 연결되고, 모니터링 서버(260)에서 출력되는 제어 신호에 응답하여 온/오프되어 CT 센서(510)에 측정된 교류 전원을 타단을 통해 출력한다.
제4 스위칭부(540)는 일단이 로고스키 센서(520)의 일단에 연결되고, 모니터링 서버(260)에서 출력되는 제어 신호에 응답하여 온/오프되어 로고스키 센서(520)에 측정된 교류 전원을 타단을 통해 출력한다.
제3 정류부(550)는 다이오드(D1, D2, D3, D4)를 포함하는 브릿지 정류기를 포함하고, CT 센서(510) 또는 로고스키 센서(520)에서 출력되는 교류 전원을 맥류 파형으로 변환하여 제3 평활부(560)에 제공한다. 즉, CT 센서(510)에서 변환된 교류 전압은 다이오드(D1, D2, D3, D4)를 통하여 전파 정류되고 저항(R1)을 통하여 캐패시터(C1,C2) 및 저항(R2)으로 이루어진 제3 평활부(560)에 공급된다.
제3 평활부(560)는 제3 정류부(550)에서 출력되는 맥류 전압을 평탄한 직류 전압을 만들기 위해 필터링하고, 필터링된 신호를 제3 비교부(570)에 제공한다.
제3 비교부(570)는 제3 평활부(560)의 상기 직류 전압과 기준 전압을 비교하여 결과값을 출력한다. 기준 전압(Vref)과 제3 평활부(560)의 직류 전압을 비교하여 그 결과값을 온도 보정부(260)에 출력한다.
CT 센서(510)는 포화 특성에 의하여 이상 전류량이 큰 것은 센싱하기가 곤란하며, 로고스키 센서(520)는 큰 전류 측정은 용이하나 작은 정밀한 전류 측정은 불편하다.
하지만, 본 실시예에서는 태양광 모듈(110)에서 일사량이 낮은 것으로 체크되면 CT 센서(510)에서 측정된 전류를 근거로 실시간 전력을 측정하고, 태양광 모듈(110)에서 일사량이 높은 것으로 체크되면 로고스키 센서(520)에서 측정된 전류를 근거로 실시간 전력을 측정한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 태양광 모듈(110)에서 태양광 발전이 수행된다(단계 S102).
이어, 실시간 전력 측정 모듈(210)이 태양광 모듈(110)에서 수행되는 태양광 발전에 의한 전력량을 실시간 측정한다(단계 S104).
이어, 일사량 센서(230)가 태양광 모듈(110)이 설치된 장소의 일사량을 실시간 감지한다(단계 S106).
이어, 태양광 모듈(110)의 온도를 실시간 감지한다(단계 S108).
이어, 풍속센서(250)가 실시간 풍속을 감지한다(단계 S110). 상기한 일사량을 실시간 감지하는 단계 S106나, 상기한 모듈온도를 실시간 감지하는 단계 S108, 상기한 풍속을 실시간 감지하는 단계 S110는 동시에 진행될 수 있다.
단계 S110에서 감지된 풍속의 크기를 체크한다(단계 S112).
단계 S112에서 상기한 풍속의 크기가 낮은 풍속으로 체크되면, 감지된 모듈온도 자체를 보정 모듈온도로 설정한다(단계 S114). 예를 들어, 2m/s 이하로 체크되면 낮은 풍속으로 체크한다.
단계 S112에서 상기한 풍속의 크기가 중간 풍속으로 체크되면, 감지된 모듈온도를 예를 들어 5% 다운시켜 보정 모듈온도로 설정한다(단계 S116). 예를 들어, 2m/s 보다 크고 6m/s 이하로 체크되면 중간 풍속으로 체크한다.
단계 S112에서 상기한 풍속의 크기가 높은 풍속으로 체크되면, 감지된 모듈온도를 예를 들어 10% 다운시켜 보정 모듈온도로 설정한다(단계 S118). 예를 들어, 6m/s 이상으로 체크되면 높은 풍속으로 체크한다. 본 실시예에서, 중간 풍속을 2m/s 내지 6m/s로 설정하였으나, 사용자의 설정에 따라 상기한 중간 풍속은 다양하게 설정될 수 있을 것이다.
또한 중간 풍속인 경우 감지된 모듈온도를 예를 들어 5% 다운하여 보정 모듈온도를 설정하고, 높은 풍속인 경우 감지된 모듈온도를 예를 들어 10% 다운하여 보정 모듈온도를 설정하는 것을 설명하였으나, 상기한 보정 모듈온도는 감지된 모듈온도를 다양한 범위로 다운하여 설정될 수 있을 것이다.
이처럼, 감지된 모듈온도를 감지된 풍속을 근거로 다운시켜 보정 모듈온도를 설정하므로써, 풍속에 따라 모듈온도가 저감될 수 있는 요인을 적극적으로 반영하여 모듈온도를 실질적으로 보정하여 실시간 발전예상량을 산출할 수 있다.
보정 모듈온도를 설정한 후, 모니터링 서버(280)가 데이터베이스(220)에 미리 저장된 태양광 모듈(110)이 설치된 위치의 날짜 및 시간대별 태양광 발전량 변화 추이를 실시간 조회한다(단계 S120).
이어, 모니터링 서버(280)가 실시간 조회된 날짜 및 시간대별 태양광 발전량 변화 추이, 일사량 센서(230)에 의해 감지된 일사량, 및 모듈온도 센서(240)에 의해 실시간 감지되고 풍속 센서(250)에 의해 감지된 풍속 크기에 따라 보정된 태양광 모듈(110)의 보정 모듈온도를 고려하여 태양광 발전의 실시간 발전예상량을 산출한다(단계 S122).
상기 측정전력량에서 상기 발전예상량을 차감하여 차이값을 도출한다(단계 S124).
단계 S124에서 도출한 차이값이 임계치보다 큰지의 여부를 체크한다(단계 S126).
단계 S126에서 상기 차이값이 상기 임계치보다 크지 않은 것으로 체크되면 태양광 모듈(110)이 정상 구동으로 판단한다(단계 S128).
단계 S126에서 상기 차이값이 상기 임계치보다 크거나 같은 것으로 체크되면 태양광 모듈(110)의 고장이나 비정상 구동으로 판단한다(단계 S130).
이어, 고장이나 비정상 여부가 예측된 경우, 모니터링 서버(280)가 사용자 단말(140)로 태양광 모듈(110)의 고장이나 비정상 메시지를 실시간 송신한다(단계 S132).
이어, 모니터링 서버(280)가 차후 태양광 모듈(110)의 고장이나 비정상 여부를 예측하는데 이용할 수 있도록 데이터베이스(220)에 저장된 날짜 및 시간대별 태양광 발전량 변화 추이를 실시간 날씨 및 실시간 측정된 측정전력량과 대응시켜 데이터베이스(220)에 저장한다(단계 S134).
이상에서 설명된 바와 같이, 실시간 측정전력량과 실시간 발전예상량을 근거로 태양광 모듈의 고장을 예측하되, 실시간 발전예상량의 산출은 실시간 변화 추이, 실시간 감지된 일사량, 실시간 감지되고 풍속에 따라 보정된 보정 모듈온도를 고려하여 산출된다. 실시간 측정된 측정전력량과 태양광 발전의 실시간 발전예상량의 차이가 소정 시간 이상 동안 소정 임계치 이상 차이가 나는 경우 태양광 모듈의 고장이나 비정상 구동으로 예측 할 수 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
210 : 실시간 전력 측정 모듈 212 : 전원 공급부
214 : 전환 회로부 216 : 아날로그-디지털 변환기
220 : 데이터베이스 230 : 일사량 센서
240 : 모듈온도 센서 250 : 풍속 센서
260 : 온도 보정부 270 : 실시간 날씨 수신 모듈
280 : 모니터링 서버 510 : CT 센서
520 : 로고스키 센서 530 : 제3 스위칭부
540 : 제4 스위칭부 550 : 제3 정류부
560 : 제3 평활부 570 : 제3 비교부

Claims (6)

  1. 태양광 발전을 수행하는 태양광 모듈에서 수행되는 태양광 발전에 의한 전력량을 실시간 측정하는 실시간 전력 측정 모듈;
    상기 태양광 모듈이 설치된 위치의 날짜 및 시간대별 태양광 발전량 변화 추이가 미리 저장되는 데이터베이스;
    상기 태양광 모듈이 설치된 장소의 일사량을 실시간 감지하는 일사량 센서;
    상기 태양광 모듈의 온도를 실시간 감지하는 모듈온도 센서;
    상기 태양광 모듈이 설치된 장소의 풍속을 실시간 감지하는 풍속 센서;
    상기 실시간 감지된 풍속의 크기를 근거로 상기 감지된 모듈온도를 보정하여 보정 모듈온도로 설정하는 온도 보정부; 및
    (i) 상기 데이터베이스에 미리 저장된 날짜 및 시간대별 태양광 발전량 변화 추이를 조회하고 상기 실시간 일사량 및 상기 보정 모듈온도를 고려하여 태양광 발전의 실시간 발전예상량을 산출하고, (ii) 측정된 실시간 측정전력량과 산출된 실시간 발전예상량의 차이가 임계치보다 작은 것으로 체크되면 태양광 모듈의 정상 구동으로 판단하고, (iii) 측정된 실시간 측정전력량과 산출된 실시간 발전예상량의 차이가 상기 임계치보다 같거나 큰 것으로 체크되면 태양광 모듈의 고장이나 비정상 구동으로 판단하는 모니터링 서버를 포함하되,
    상기 실시간 전력 측정 모듈은 전류 센서를 포함하고,
    상기 전류 센서는,
    상대적으로 작은 전류의 측정에 용이한 CT 센서;
    상대적으로 큰 전류의 측정에 용이한 로고스키 센서;
    일단이 상기 CT 센서의 일단에 연결되고, 상기 모니터링 서버에서 출력되는 제어 신호에 응답하여 온/오프되어 상기 CT 센서에 측정된 교류 전원을 타단을 통해 출력하는 제3 스위칭부;
    일단이 상기 로고스키 센서의 일단에 연결되고, 상기 모니터링 서버에서 출력되는 제어 신호에 응답하여 온/오프되어 상기 로고스키 센서에 측정된 교류 전원을 타단을 통해 출력하는 제4 스위칭부;
    정극성 입력단이 상기 제3 스위칭부의 타단 및 상기 제4 스위칭부의 타단에 공통 연결되고, 부극성 입력단이 상기 CT 센서의 타단 및 상기 로고스키 센서의 타단에 공통 연결되며, 상기 CT 센서 또는 상기 로고스키 센서에서 출력되는 교류 전원을 맥류 파형으로 변환하는 제3 정류부;
    상기 제3 정류부에서 출력되는 맥류 전압을 필터링하여 평탄한 직류 전압으로 변환하는 제3 평활부; 및
    상기 제3 평활부의 상기 직류 전압과 기준 전압을 비교하여 그 결과값을 상기 온도 보정부에 출력하는 제3 비교부를 포함하되,
    상기 태양광 모듈에서 일사량이 낮은 것으로 체크되면 상기 CT 센서에서 측정된 전류를 근거로 실시간 전력을 측정하고,
    상기 태양광 모듈에서 일사량이 높은 것으로 체크되면 상기 로고스키 센서에서 측정된 전류를 근거로 실시간 전력을 측정하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 온도 보정부는, 실시간 감지된 풍속의 크기를 체크하고, 실시간 감지된 풍속이 낮은 풍속으로 체크되면, 감지된 모듈온도 자체를 보정 모듈온도로 설정하고, 실시간 감지된 풍속이 중간 풍속으로 체크되면, 감지된 모듈온도를 5% 다운하여 보정 모듈온도로 설정하고, 실시간 감지된 풍속이 높은 풍속으로 체크되면, 감지된 모듈온도를 10% 다운시켜 보정 모듈온도로 설정하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모니터링 서버는 상기 실시간 측정전력량과 상기 실시간 발전예상량을 대비하여 상기 태양광 모듈의 고장이나 비정상을 예측하되, 상기 실시간 측정전력량과 상기 실시간 발전예상량의 차이가 소정 시간 이상 동안 소정 임계치 이상 차이가 나는 경우 상기 태양광 모듈의 고장이나 비정상 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 고장 예측 모니터링 시스템.

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