KR102082148B1 - 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템 및 그 방법 - Google Patents

가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 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 입/출력단에 직렬로 연결된 퓨즈부; 상기 퓨즈의 각 출력단 전압을 측정하는 전압 측정부와 상기 퓨즈의 각 출력단 전류를 측정하는 전류 측정부를 구비한 고전압 PCB; 접속반 내부의 온도를 측정하는 접속반 내부 온도센서와 접속반 내부에서 발생하는 연기를 감지하는 연기감지기와 상기 내부온도, 연기감지를 통하여 화재를 판단하고, 화재 판단시 밸브의 개폐와 사용자에게 경보를 알려주는 제어 신호를 생성하는 통신장치 및 제어부와 상기 통신장치 및 제어부의 판단에 의해 화재를 소화하는 가스 소화시스템; 상기 가스 소화시스템에서 소화에 사용되는 가스가 저장된 가스 저장탱크; 상기 가스 소화시스템에서 통신장치 및 제어부의 제어신호에 따라 가스 저장탱크와 분사시스템 사이를 개폐하는 밸브; 상기 소화시스템에서 가스를 접속반 내부에 균일한 압력으로 분사하는 분사 시스템; 상기 태양전지 어레이와 인버터 사이의 폐회로를 차단하는 차단기; 접속반에서 공급되는 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인버터; 상기 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 모니터링시스템;을 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 접속반 내부의 온도를 정온식과 차동식 알고리즘을 통하여 온도변화를 정밀하게 관측하고, 여기에 연기감지를 통하여, 화재발생을 정확하게 판단하고, 화재 발생시 소화가스를 이용하여 신속하게 진화가 가능하며, 화재 진화를 위해서 전기, 전자 기기에 뿌려지는 소화 약제에 가스를 사용하기 때문에 기기가 오작동하여 소화약제가 분사되더라도, 소화약제에 의한 피해를 최소화 할 수 있고, 또한, 화재를 소화하기 위하여 분사되는 가스가 불꽃에 국부적으로 분사되면, 이에 영향을 받은 불꽃의 방향이 변화하여, 화재가 확산될 수 있으므로, 이를 예방하기 위하여 접속반 내부에 균일하게 분사되어야 하며, 이를 위해서 가스 저장탱크로부터 각 노즐까지의 거리를 동일하게 유지해야 한다.

Description

가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템 및 그 방법{Solar power generating system and method having an automatic fire extinguisher}
본 발명은 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전장치의 접속반에서 발생 가능한 화재를 정확하게 판단하고, 화재 발생시 소화가스가 이동하는 거리를 동일하게 하여 노즐의 분사 압력을 일정하게 유지시켜 접속반 내부에 균일하게 소화가스를 분사하는 소화시스템을 구비하여 태양광 발전장치를 효율적이고, 안전하게 관리하기 위한 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
태양광 발전장치의 구성요소에서 인버터와 접속반 등의 설비는 고전압 및 고전류로 인하여 많은 열이 발생하기 때문에 항상 화재의 위험성이 존재하고 있으며, 실외에 설치된 경우가 많아, 화재를 인지하더라도 화재의 신속한 진압이 용이하지 않다. 통상적으로 화재 발생시에 발화 시점으로부터 1분 이내에 초기 진화가 매우 중요하다는 것을 감안한다면, 이들 설비가 다른 설비들과 연결되어 있기 때문에 접속반 내부 발화 시에 순식간에 큰 화재로 확산되기 쉽다. 따라서 접속반의 화재 발생 시에 이를 신속히 진압 할 수 있는 수단이 절실히 필요하다.
등록특허 제 10-1572608호 “ 자동 소화 기능을 갖는 태양광 발전시스템”은 태양광 발전시스템에 있어서 접속반 내부에 내외기의 순환을 유도할 수 있는 쿨링팬이 있어 접속반 내부가 과열되는 것을 방지하고, 화재 발생 시에 신속하게 소화튜브를 동작시켜 자동 소화 기능을 갖는 태양광 발전시스템을 제공한다.
하지만, 소화를 목적으로 선택 또는 광범위한 영역에 분사되는 소화약제에 있어서, 접속반 내부에 있는 전자 및 전기기기에 대한 소손이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
등록특허 제 10-1313901호 “소화부가 구비된 태양전지판넬의 모니터링 장치”는 접속반의 불꽃을 용이하게 감지한 후 신속하게 소화하며, 태양전지판넬의 이상 유무를 신속하게 파악하여 유지보수할 수 있는 모니터링 장치를 제공한다.
하지만, 가연물이 대부분 고체로 이루어진 접속반의 경우에 불꽃을 내지 않고 그을리면서 탈수 있기 때문에, 불꽃을 이용한 화재 감시가 어려운 문제점도 있다.
등록특허 제 10-1920065호“전기화재 감지기능을 구비한 태양광 접속반”은 태양광 접속반 내부에 온도, CO, 불꽃, 결로 및 수분을 감지할 수 있는 감지부를 구성하여 이상 여부를 감지할 수 있는 전기화재 감지기능을 구비한 태양광 접속반을 제공한다. 또한 감지판단부를 이용하여 정보를 획득하고, 감지판단부에서 화재 유무 또는 이상 여부에 따른 이벤트 신호를 생성하여 원격지단말기로 전송할 수 있는 전기화재 감시기능을 구비한 태양광 접속반을 제공한다.
하지만, 앞에서 언급된 특허들과 비슷한 문제점을 가지고 있다. 또한 온도 감지의 경우 정온식 알고리즘을 이용하고 있어, 설정된 온도 이상의 온도가 측정되어야 화재로 판단이 가능하기 때문에 설정된 온도 미만이면 화재로 판단되지 않는 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제10-1313901호 한국등록특허공보 제10-1572608호 한국등록특허공보 제10-1920065호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 태양광 발전장치에서 화재가 발생할 때, 이를 온도 감지와 연기감지의 조건으로 정확하고 신속하게 판단하고, 온도 감지는 정온식 및 차동식 온도 감지 알고리즘을 적용하여 접속반 내부의 온도 변화를 감지하고, 화재 발생시 소화가스를 이용하여 발생한 화재를 소화시키는 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 소화가스를 이용하여 소화 약제로 인한 접속반 내부의 전자 및 전기기기의 소손을 최소화하기 위한 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 소화가스를 분사하는 노즐의 경우 소화가스가 이동하는 거리를 동일하게 하여, 접속반 내부에 균일하게 분사되는 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.
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 입/출력단에 직렬로 연결된 퓨즈부; 상기 퓨즈의 각 출력단 전압을 측정하는 전압 측정부와 상기 퓨즈의 각 출력단 전류를 측정하는 전류 측정부를 구비한 고전압 PCB; 접속반 내부의 온도를 측정하는 접속반 내부 온도센서와 접속반 내부에서 발생하는 연기를 감지하는 연기감지기와 상기 내부온도로 판단한 고온상태, 이상발열상태, 연기감지를 통하여 화재를 판단하고, 화재 판단시 밸브의 개폐와 사용자에게 경보를 알려주는 제어 신호를 생성하는 통신장치 및 제어부와 상기 통신장치 및 제어부의 판단에 의해 화재를 소화하는 가스 소화시스템; 상기 가스 소화시스템에서 소화에 사용되는 가스가 저장된 가스 저장탱크; 상기 가스 소화시스템에서 통신장치 및 제어부의 제어신호에 따라 가스 저장탱크와 분사시스템 사이를 개폐하는 밸브; 상기 가스 소화시스템에서 소화가스를 접속반 내부에 균일한 압력으로 분사하는 분사시스템; 상기 태양전지 어레이와 인버터 사이의 폐회로를 차단하는 차단기; 접속반에서 공급되는 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인버터; 상기 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 모니터링 시스템;을 포함한다.
상기 통신장치 및 제어부는 연기감지와 이상발열 또는 고온상태를 기반으로 화재를 판단하는 연산부와, 태양광 발전장치의 출력량과 접속반의 상태에 대한 데이터를 모니터링 시스템으로 전송하며, 연산부에서 판단한 이상상태(고온, 이상발열, 연기감지)에 대하여 모니터링 시스템으로 이상상태에 대한 경고창 알람이 발생하게 신호를 보내는 통신부와, 가스 저장탱크와 분사시스템의 사이에 존재하는 밸브의 개폐를 제어하고, 연산부에서 온도 및 연기 데이터를 기반으로 접속반 내부에서 화재가 발생하였다고 판단하면, 화재를 소화하기 위하여 밸브를 개방하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 연산부는 접속반 내부에서 측정된 내부온도를 정온식 알고리즘에 의해 고온상태를 판단하며, 측정된 내부온도를 차동식 알고리즘에 의해 온도변화율을 계산하여 이상발열을 판단하며, 연기감지기에 의해 접속반 내부의 연기발생 여부에 따라 이상상태를 판단하고, 연기감지와 이상발열 또는 고온상태를 기반으로 화재를 판단하는 것을 특징으로 하는 한다.
상기 분사 시스템은 접속반 내부에 소화가스가 균일한 압력으로 분사될 수 있도록 가스 저장탱크로부터 분사 노즐까지의 거리를 동일하게 유지하여 각 노즐에서 분사되는 압력을 균일하게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 태양전지 어레이 주변에 설치되어 온도 정보와 일사량 정보를 취득하고, 취득된 기상 정보를 데이터화하여 상기 모니터링시스템으로 전송하는 기상관측반을 더 포함한다.
상기 분사시스템은 Y피팅을 사용한 경우 내열성 및 내화성이 있는 재질의 관을 사용하고 있으며, 관의 내부는 단면적이 동일하고 분사시스템의 가스 인입구부터 노즐까지의 거리를 일정하게 유지한다.
본 발명은 다른 실시예로 데이터 측정 및 위험단계를 산출하는 단계(S100); 상기 이상상태(위험단계가 1)가 맞는지 판단하는 단계(S200); 상기 S200단계의 판단결과, 이상상태(위험단계가 1)가 맞으면 기기알람 및 모니터링 경고창을 발생하는 단계(S300); 상기 S200단계의 판단결과, 이상상태(위험단계가 1)가 아니면 화재발생상태(위험단계 2)가 맞는지 판단하는 단계(S400); 상기 S400단계의 판단결과, 화재발생상태(위험단계 2)가 아니면 정상상태(위험단계 0)로 판단하는 단계(S500); 상기 S400단계의 판단결과, 화재발생상태(위험단계 2)가 맞으면 기기알람, 모니터링 경고창 및 경고음을 발생하는 단계(S600); 가스저장탱크와 분사시스템 사이에 위치하는 밸브를 개방하는 단계(S700); 소화 가스를 분사시스템을 통하여 분사하는 단계(S800); 관리자에게 위험단계 2에 대한 메시지를 전송하는 단계(S900);를 포함한다.
접속반 내부온도 측정 순번(tn)일 때, 측정된 온도(Tn)이며, 측정 순번과 측정된 온도는 일대일로 대응하는 S1단계; 접속반 내부에서 온도와 관련된 이상이 발생할 경우, 경고를 위한 정온식 온도(Tf)와 차동식 온도 변화율(Tr)을 설정하는 S2단계; 접속반 내부에 설치된 온도센서로 내부온도(T’)를 측정하는 S3단계; n은 1부터 증가하며, 측정 순번(tn)은 n으로 설정하는 S4단계; 측정된 온도(T’)를 Tn에 저장하는 S5단계; 측정된 온도(Tn)가 설정된 정온식 온도(Tf)보다 크거나 같은지 판단하는 S6단계; 상기 S6단계의 판단결과, 측정된 온도(Tn)가 설정된 정온식 온도(Tf)보다 작을 경우, 정상상태(위험단계 0)인 S18단계로 절차를 이행하고, 측정된 온도(Tn)가 설정된 정온식 온도(Tf)보다 크거나 같을 경우, 접속반 내부를 고온상태로 판단하는 S7단계; 측정 순번 n이 5보다 큰지 판단하는 S8단계; 상기 S8단계의 판단결과, n이 5와 같거나 작을 경우, 측정순번 n을 1만큼 증가시키는 S9단계; 상기 S8단계의 판단결과, n이 5보다 큰 경우, 온도 변화율(Tr’)을 계산하는 S10단계; 설정된 온도변화율(Tr)과 내부 온도(Tn)를 측정하여 계산된 온도변화율(Tr’)을 비교하는 S11단계; 상기 S11단계 판단결과, 설정된 온도변화율(Tr)보다 내부 온도(Tn)를 측정하여 계산된 온도변화율(Tr’)이 작으면 S18단계로 절차를 이행하고, 설정된 온도변화율(Tr)보다 내부 온도(Tn)를 측정하여 계산된 온도변화율(Tr’)이 같거나 크면, 접속반 내부에 이상발열이 발생했다고 판단하는 S12단계; 포함한다(여기서 사용된 n은 자연수의 집합으로 정의한다).
접속반 내부에서 연기 발생을 감지한 후 경고를 위한 연기값(S)을 설정하는 S13단계; 연기감지기를 이용하여 연기(S’)를 측정하는 S14단계; 설정된 연기(S)와 측정된 연기(S’)가 같은지 비교하는 S15단계; 상기 S15단계 판단결과, 설정된 연기(S)와 측정된 연기(S’)가 다르면 S18단계로 절차를 이행하고, 설정된 연기(S)와 측정된 연기(S’)가 같다면, 접속반 내부에서 연기가 발생했다고 판단하는 S16단계; 연기감지상태, 고온상태, 이상발열상태를 토대로 연기감지 상태이면서 고온상태 또는 이상발열일 때, 화재 발생으로 판단하고, 연기감지와 고온상태 또는 이상발열 중에서 어느 하나라도 해당하지 않으면, 화재가 발생하지 않고 단순 이상상태로 판단하는 S17단계; 상기 S17단계의 판단결과, 화재발생 상태가 아닐 경우 이상상태(위험단계 1)로 판단하는 S19단계; 상기 S17단계의 판단결과, 화재가 발생한 경우 화재발생상태(위험단계 2)로 판단하는 S20단계;를 포함한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 접속반 내부의 온도를 정온식과 차동식 알고리즘을 통하여 온도변화를 정밀하게 관측하고, 여기에 연기감지를 통하여, 화재발생을 정확하게 판단하고, 화재 발생시 소화가스를 이용하여 신속하게 진화가 가능하다.
또한, 화재 진화를 위해서 전기, 전자 기기에 뿌려지는 소화 약제에 가스를 사용하기 때문에 기기가 오작동하여 소화약제가 분사되더라도, 소화약제에 의한 피해를 최소화 할 수 있다.
또한, 화재를 소화하기 위하여 분사되는 가스가 불꽃에 국부적으로 분사되면, 이에 영향을 받은 불꽃의 방향이 변화하여, 화재가 확산될 수 있으므로, 이를 예방하기 위하여 접속반 내부에 균일하게 분사되어야 하며, 이를 위해서 가스 저장탱크로부터 각 노즐까지의 거리를 동일하게 유지해야 한다.
도 1은 가스를 이용한 소화시스템을 구비한 태양광 발전장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스를 이용한 소화시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스를 이용한 소화시스템을 구비한 태양광 발전장치의 동작을 도시한 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스를 이용한 소화시스템을 구비한 태양광 발전장치의 위험단계 판단을 도시한 동작 흐름도이다.
도 5는 가스의 분사가 없을 때, 불꽃(a)을 보여주고 있으며, CO2 가스가 불균일하게 분사될 때, 불꽃(b)을 보여주며, 전면에 균일한 압력으로 CO2 가스가 분사될 때, 불꽃(c)을 보여준다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 시스템을 Y 피팅(a), 원형 파이프(b) 및 각관(c)으로 구성된 예를 나타내고 있다.
도 1은 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전 장치의 구성도이며, 도 2는 가스를 이용한 소화시스템의 블록도이다.
도 1에 따르면, 복수의 태양 전지 어레이(110)는 병렬로 연결된다. 이 태양전지 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 전력은 태양전지 어레이(110), 접속반(120) 및 인버터(130) 사이의 폐회로를 따라 흐른다.
접속반(120)은 가스를 이용한 소화시스템(200)과 퓨즈부(160), 고전압 PCB(170), 차단기(180)로 구성되어 있다. 여기서 CO2 가스를 이용한 소화시스템(200)는 통신장치 및 제어부(150), 연기감지기(210), 온도센서(220), 가스 저장탱크(230), 분사시스템(240), 밸브(250)로 구성되어있다. 또한 고전압 PCB(170)는 전류 측정부(171), 전압 측정부(172)로 구성된다.
도 2에 따르면, 가스를 이용한 소화시스템에 있는 통신장치 및 제어부(150)는 연기감지기(210), 온도센서(220)로부터 측정된 데이터를 입력받아 연산을 하고, 데이터를 저장한다.
또한, 온도센서(220)에서 측정된 온도를 토대로, 정온식 온도 알고리즘으로 고온상태를 판단하고, 차동식 온도 알고리즘으로 이상 발열상태를 판단한다.
연기감지상태, 고온상태, 이상발열상태로 화재를 판단하여, 밸브(250)를 제어하고, 외부의 모니터링 시스템(140)으로 정보를 전송한다.
이하 도 3과 도 4를 참고하여 본 발명의 실시를 위한 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전장치의 소화의 작동상태에 대하여 자세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 데이터 측정 및 위험단계를 산출한다(S100).
이어서, 이상상태(위험단계 1)가 맞는지 판단한다(S200).
상기 S200단계의 판단결과, 이상상태(위험단계 1)가 맞을 경우, 기기알람 및 모니터링 경고창을 발생한다(S300).
반면에, 상기 S200단계의 판단결과, 이상상태(위험단계 1)가이 아닐 경우, 화재발생상태(위험단계 2)가 맞는지 판단한다(S400).
상기 S400단계의 판단결과, 화재발생상태(위험단계 2)가 아닐 경우, 정상상태(위험단계 0)으로 판단하고(S500), S100으로 절차를 이행한다.
반면에, 상기 S400단계의 판단결과, 화재발생상태(위험단계 2)가 맞을 경우, 기기알람, 모니터링 경고창 및 경고음을 발생한다.(S600)
이어서, 소화가스 저장탱크와 분사시스템 사이에 위치하는 밸브를 개방한다(S700).
이어서, 소화가스를 분사시스템을 통해 분사한다(S800).
이어서, 관리자에게화재발생상태(위험단계 2)에 대한 메시지를 전송한다(S900).
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예로서, 온도 측정 순번(tn)과 측정된 온도(Tn)는 일대일 대응하며, n은 자연수의 집합으로 이루어진 것으로 정의한다(S1).
이어서, 접속반 내부에서 온도와 관련된 이상이 발생할 경우, 경고를 위한 정온식 온도(Tf)와 차동식 온도 변화율(Tr)을 설정 한다(S2).
이어서, 접속반 내부에 설치된 온도센서를 이용하여 온도(T’)를 측정한다(S3).
이어서, 측정 순번(tn)은 n으로 설정하며, n은 1부터 증가하는 자연수이다(S4).
상기 S3단계에서 측정된 온도(T’)를 Tn에 저장한다(S5).
측정된 온도(Tn)가 설정된 정온식 온도(Tf)보다 크거나 같은지 판단한다(S6).
상기 S6단계의 판단결과, 측정된 온도(Tn)가 설정된 정온식 온도(Tf)보다 크거나 같을 경우, 접속반 내부를 고온상태로 판단한다(S7).
반면에, 상기 S6단계의 판단결과, 측정된 온도(Tn)가 설정된 정온식 온도(Tf)보다 작을 경우, 정상상태(위험단계 0)인 제S18단계로 절차를 이행한다.
측정 순번(tn)과 저장된 온도(Tn)에 사용된 자연수 n이 5보다 큰지 판단한다(S8).
상기 S8단계의 판단결과, n이 5보다 작거나 같다면, n의 숫자를 1만큼 증가시키고, 제S3단계로 절차를 이행한다(S9).
반면에, 상기 S8단계의 판단결과, n이 5보다 크다면, 온도 변화율(Tr’)을 계산한다(S10).
이어서, 계산된 온도 변화율(Tr’)이 설정된 차동식 온도 변화율(Tr)보다 크거나 같은지 판단한다(S11).
상기 S11단계의 판단결과, 계산된 온도 변화율(Tr’)이 설정된 차동식 온도 변화율(Tr)보다 크거나 같을 경우, 접속반 내부에서 이상발열이 발생했다고 판단한다(S12).
반면에, 상기 S11단계의 판단결과, 계산된 온도 변화율(Tr’)이 설정된 차동식 온도 변화율(Tr)보다 작을 경우, 정상상태(위험단계 0)인 제S18단계로 절차를 이행한다.
접속반 내부에서 연기 발생을 감지한 후 경고를 위한 연기값(S)을 설정한다(S13).
이어서, 연기감지기를 이용하여 접속반 내부의 연기(S‘)를 측정한다(S14).
이어서, 측정된 연기(S’)와 설정된 연기(S)가 같은지 판단한다(S15).
제S15단계의 판단결과, 측정된 연기(S’)와 설정된 연기(S)가 같을 경우 접속반 내부에서 연기가 발생한 것으로 판단한다(S16).
반면에, 상기 S15단계의 판단결과, 측정된 연기(S’)와 설정된 연기(S)가 다를 경우, 정상상태(위험단계 0)인 제S18단계로 절차를 이행한다.
연기감지상태, 고온상태, 이상발열상태를 토대로 연기감지 상태이면서 고온상태 또는 이상발열일 때, 화재 발생으로 판단하고, 연기감지와 고온상태 또는 이상발열 중에서 어느 하나라도 해당하지 않으면, 화재가 발생하지 않고 단순 이상상태로 판단한다(S17).
상기 S17단계의 판단 결과, 화재발생 상태가 아닐 경우, 이상상태(위험단계 1)로 판단한다(S19).
반면에, 상기 S17단계의 판단결과, 화재발생 상태인 경우, 화재발생상태(위험단계 2)로 판단한다(S20).
도 5는 가스의 균일한 분사가 불꽃에 미치는 영향을 보여주고 있으며, 도 6은 접속반 내부에 균일하게 가스를 분사하기 위한 분사 시스템의 예이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 가스 분사와 같은 유체의 흐름이 없을 때 불꽃(a)을 보여주고 있으며, 접속반 상부의 분사시스템에서 접속반 내부로 불균일한 압력으로 CO2 가스가 분사될 때, 압력이 강하게 분사되는 쪽에 비하여, 상대적으로 압력이 약하게 분사되는 쪽에 위치한 불꽃이 소화되지 않는 것(b)을 보여주고 있으며, 이로 인하여 주변으로 불꽃의 확산 우려도 존재하고 있다.
마지막으로 접속반 상부의 분사시스템에서 접속반 내부로 균일한 압력의 소화가스 분사에 의해 불꽃이 소화(c) 되는 것을 보여준다.
도 6에 따르면, 분사시스템은 다양한 형태로 제작 가능하며, Y 피팅(a), 원형파이프(b) 및 각관(c)등의 재료를 사용하여 제작한 예를 보여준다.
또한, 접속반 내부에서 가스를 균일한 압력(p‘)으로 분사하기 위하여, 아래의 수학식 1과 같이 분사시스템에서 노즐의 단면적(s)과 가스의 이동거리(l)를 동일하게 만들어야 한다.
분사시스템 내부에 흐르는 가스는 이상적인 상태로 존재한다고 가정한다.
Y피팅(a)를 사용한 경우 내열성 및 내화성이 있는 재질의 관을 사용하고 있으며, 관의 내부는 단면적은 동일하기 때문에 분사시스템의 가스 인입구부터 노즐까지의 거리를 일정하게 유지하면 노즐에서의 압력은 동일하다.
또한, 원형파이프(b)와 각광(c)의 경우에도 관 내부의 단면적은 동일한 상태이며, 분사시스템의 소화가스 인입구부터 노즐까지의 최단거리를 계산하여 노즐을 설치하기 때문에, 각 노즐에서 분사되는 가스의 압력은 동일하다.
Figure 112019096978777-pat00001
100 : 태양광 발전 시스템 110 : 태양전지 어레이
120 : 접속반 130 : 인버터
140 : 모니터링 시스템 150 : 통신장치 및 제어부
151 : 연산부 152 : 통신부
153 : 제어부 160 : 퓨즈부
170 : 고전압PCB 171 : 전류 측정부
172 : 전압 측정부 180 : 차단기
200 : 가스 소화 시스템 210 : 연기감지기
220 : 온도센서 230 : 가스 저장탱크
240 : 분사 시스템 250 : 밸브

Claims (9)

  1. 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 입/출력단에 직렬로 연결된 퓨즈부;
    상기 퓨즈의 각 출력단 전압을 측정하는 전압 측정부와 상기 퓨즈의 각 출력단 전류를 측정하는 전류 측정부를 구비한 고전압 PCB;
    접속반 내부의 온도를 측정하는 접속반 내부 온도센서와 접속반 내부에서 발생하는 연기를 감지하는 연기감지기와 상기 내부온도로 판단한 고온상태, 이상발열상태, 연기감지를 통하여 화재를 판단하고, 화재 판단시 밸브의 개폐와 사용자에게 경보를 알려주는 제어 신호를 생성하는 통신장치 및 제어부와 상기 통신장치 및 제어부의 판단에 의해 화재를 소화하는 가스 소화시스템;
    상기 가스 소화시스템에서 소화에 사용되는 가스가 저장된 가스 저장탱크;
    상기 가스 소화시스템에서 통신장치 및 제어부의 제어신호에 따라 가스 저장탱크와 분사시스템 사이를 개폐하는 밸브;
    상기 가스 소화시스템에서 소화가스를 접속반 내부에 균일한 압력으로 분사하는 분사시스템;
    상기 태양전지 어레이와 인버터 사이의 폐회로를 차단하는 차단기;
    접속반에서 공급되는 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인버터;
    상기 태양전지 어레이, 접속반 및 인버터의 동작 상태와 이상 유무를 감시하는 모니터링 시스템;을 포함하며,
    상기 통신장치 및 제어부는 연기감지와 이상발열 또는 고온상태를 기반으로 화재를 판단하는 연산부와, 태양광 발전장치의 출력량과 접속반의 상태에 대한 데이터를 모니터링 시스템으로 전송하며, 연산부에서 판단한 이상상태(고온, 이상발열, 연기감지)에 대하여 모니터링 시스템으로 이상상태에 대한 경고창 알람이 발생하게 신호를 보내는 통신부와, 가스 저장탱크와 분사시스템의 사이에 존재하는 밸브의 개폐를 제어하고, 연산부에서 온도 및 연기 데이터를 기반으로 접속반 내부에서 화재가 발생하였다고 판단하면, 화재를 소화하기 위하여 밸브를 개방하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 연산부는 접속반 내부에서 측정된 내부온도를 정온식 알고리즘에 의해 고온상태를 판단하며, 측정된 내부온도를 차동식 알고리즘에 의해 온도변화율을 계산하여 이상발열을 판단하며, 연기감지기에 의해 접속반 내부의 연기발생 여부에 따라 이상상태를 판단하고, 연기감지와 이상발열 또는 고온상태를 기반으로 화재를 판단하며,
    접속반 내부에서 가스를 균일한 압력으로 분사하도록 분사시스템에서 노즐의 단면적과 가스의 이동거리를 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 분사 시스템은 접속반 내부에 소화가스가 균일한 압력으로 분사될 수 있도록 가스 저장탱크로부터 분사 노즐까지의 거리를 동일하게 유지하여 각 노즐에서 분사되는 압력을 균일하게 하는 것을 특징으로 하는 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 태양전지 어레이 주변에 설치되어 온도 정보와 일사량 정보를 취득하고, 취득된 기상 정보를 데이터화하여 상기 모니터링시스템으로 전송하는 기상관측반을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 분사시스템은 Y피팅을 사용한 경우 내열성 및 내화성이 있는 재질의 관을 사용하고 있으며, 관의 내부는 단면적이 동일하고 분사시스템의 가스 인입구부터 노즐까지의 거리를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템.
  7. 삭제
  8. 접속반 내부온도 측정 순번(tn)일 때, 측정된 온도(Tn)이며, 측정 순번과 측정된 온도는 일대일로 대응하는 S1단계;
    접속반 내부에서 온도와 관련된 이상이 발생할 경우, 경고를 위한 정온식 온도(Tf)와 차동식 온도 변화율(Tr)을 설정하는 S2단계;
    접속반 내부에 설치된 온도센서로 내부온도(T’)를 측정하는 S3단계; n은 1부터 증가하며, 측정 순번(tn)은 n으로 설정하는 S4단계;
    측정된 온도(T’)를 Tn에 저장하는 S5단계;
    측정된 온도(Tn)가 설정된 정온식 온도(Tf)보다 크거나 같은지 판단하는 S6단계;
    상기 S6단계의 판단결과, 측정된 온도(Tn)가 설정된 정온식 온도(Tf)보다 작을 경우, 정상상태(위험단계 0)인 S18단계로 절차를 이행하고, 측정된 온도(Tn)가 설정된 정온식 온도(Tf)보다 크거나 같을 경우, 접속반 내부를 고온상태로 판단하는 S7단계;
    측정 순번 n이 5보다 큰지 판단하는 S8단계;
    상기 S8단계의 판단결과, n이 5와 같거나 작을 경우, 측정순번 n을 1만큼 증가시키는 S9단계;
    상기 S8단계의 판단결과, n이 5보다 큰 경우, 온도 변화율(Tr’)을 계산하는 S10단계;
    설정된 온도변화율(Tr)과 내부 온도(Tn)를 측정하여 계산된 온도변화율(Tr’)을 비교하는 S11단계;
    상기 S11단계 판단결과, 설정된 온도변화율(Tr)보다 내부 온도(Tn)를 측정하여 계산된 온도변화율(Tr’)이 작으면 정상상태(위험단계 0)인 S18단계로 절차를 이행하고, 설정된 온도변화율(Tr)보다 내부 온도(Tn)를 측정하여 계산된 온도변화율(Tr’)이 같거나 크면, 접속반 내부에 이상발열이 발생했다고 판단하는 S12단계; 포함하며,
    접속반 내부에서 연기 발생을 감지한 후 경고를 위한 연기값(S)을 설정하는 S13단계;
    연기감지기를 이용하여 연기(S’)를 측정하는 S14단계;
    설정된 연기(S)와 측정된 연기(S’)가 같은지 비교하는 S15단계;
    상기 S15단계 판단결과, 설정된 연기(S)와 측정된 연기(S’)가 다르면 정상상태(위험단계 0)인 S18단계로 절차를 이행하고, 설정된 연기(S)와 측정된 연기(S’)가 같다면, 접속반 내부에서 연기가 발생했다고 판단하는 S16단계;
    연기감지상태, 고온상태, 이상발열상태를 토대로 연기감지 상태이면서 고온상태 또는 이상발열일 때, 화재 발생으로 판단하고, 연기감지와 고온상태 또는 이상발열 중에서 어느 하나라도 해당하지 않으면, 화재가 발생하지 않고 단순 이상상태로 판단하는 S17단계;
    상기 S17단계의 판단결과, 화재발생 상태가 아닐 경우 이상상태(위험단계 1)로 판단하는 S19단계;
    상기 S17단계의 판단결과, 화재가 발생한 경우 화재발생상태(위험단계 2)로 판단하는 S20단계;를 포함하는 가스를 이용한 소화시스템이 구비된 태양광 발전시스템의 관리방법.
    (여기서 사용된 n은 자연수의 집합으로 정의한다)
  9. 삭제
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