KR102142608B1 - 태양전지 어레이를 모니터링하는 태양광 발전 시스템 - Google Patents

태양전지 어레이를 모니터링하는 태양광 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템은, 병렬로 연결된 복수의 태양전지 스트링을 포함하는 태양전지 어레이; 미리 설정된 복수의 타이밍 신호에 따라 복수의 태양전지 스트링 각각과 순차적으로 연결되고, 각 태양전지 스트링의 전류-전압(I-V) 곡선을 측정하는 측정 장치; 복수의 직류형(Direct Current type) 릴레이 회로를 포함하고, 복수의 제어 신호에 따라 복수의 태양전지 스트링을 순차적으로 측정 장치에 연관시키는 직류 접속반(DC combiner box); 및 복수의 타이밍 신호 및 복수의 제어 신호를 출력하는 제어 장치를 포함한다.

Description

태양전지 어레이를 모니터링하는 태양광 발전 시스템{PHOTOVOLTAIC SYSTEM MONITORING FOR SOLAR CELL ARRAY}
본 명세서는 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 태양광 발전시스템의 태양광 접속반에 연결된 태양전지 어레이의 상태를 진단하고 모니터링하는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
태양광 발전소의 건설은 계통에 연계되는 인버터의 용량 및 방법에 따라서 다양한 방식으로 건설될 수 있다. 일반적으로 MW 급 이상의 중대형 태양광 발전소에서는 스트링 인버터 타입(string inverter type) 혹은 소용량 인버터에 비하여 가격이 저렴한 중앙 인버터 타입(central inverter type)이 적용된다.
중대형 태양광 발전소에서도 대부분 중앙 인버터 타입이 적용되기 때문에, 직류(Direct Current; DC) 접속반(combiner box)의 설치가 요구된다. 또한, 직류 접속반의 최대연결 용량은 에너지 균등화 발전비용(Levelized Cost Of Electricity; LCOE)를 고려하여 100kW 단위로 설치될 수 있다.
한편, 계통 연계형 인버터의 출력 AC전압과 태양전지 어레이의 관리를 고려할 때 일반적으로 20개의 채널로 설치되는 것이 단가 관점에서 유리하고, 특별한 사정이 없는 한 직류 접속반은 100kW 급으로 설치된다.
100kW이상의 중앙 인버터 타입이 적용되는 태양광 발전단지의 직류 접속반에는 태양전지 어레이(solar array)가 연결될 수 있다. 태양전지 어레이는 병렬로 연결되는 복수의 태양광 스트링(solar string)을 포함할 수 있다. 태양광 스트링은 직렬로 연결된 특정 개수의 태양광 판넬(solar panel)을 포함할 수 있으며, 태양광 판넬은 복수의 태양 전지(solar cell)를 포함할 수 있다.
태양광 발전단지의 직류 접속반은 태양전지 어레이로부터 생성되는 전기를 인버터로 전달할 수 있다. 인버터는 직류(DC) 전기를 교류(Alternating Current; AC) 전기로 변환하여 부하 혹은 축전지 등에 저장시키는 역할을 수행할 수 있다.
본 명세서의 목적은, 태양광 스트링에 대한 주기적 진단을 통해 태양광 패널의 출력 저하에 따른 발전 손실을 저감할 뿐만 아니라 태양광 시스템의 절연 성능 저하로 인한 화재 혹은 아크 사고의 발생 전에 회로를 사전에 차단함으로써 증대된 안전성을 갖는 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.
나아가, 기존 인력에 의한 태양전지 어레이의 수동 방식의 검사 방식을 대체하여, 태양광 시스템의 동작 상황에서 태양전지 어레이의 성능을 측정분석하는 방식을 적용함으로써 태양광 발전단지의 에너지 균등화 발전비용(LCOE)을 절감하고, 향상된 발전효율을 갖는 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.
본 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템은, 병렬로 연결된 복수의 태양전지 스트링을 포함하는 태양전지 어레이; 미리 설정된 복수의 타이밍 신호에 따라 복수의 태양전지 스트링 각각과 순차적으로 연결되고, 각 태양전지 스트링의 전류-전압(I-V) 곡선을 측정하는 측정 장치; 복수의 직류형(Direct Current type) 릴레이 회로를 포함하고, 복수의 제어 신호에 따라 복수의 태양전지 스트링을 순차적으로 측정 장치에 연관시키는 직류 접속반(DC combiner box); 및 복수의 타이밍 신호 및 복수의 제어 신호를 출력하는 제어 장치를 포함한다.
본 일 실시 예에 따르면, 태양광 스트링에 대한 주기적 진단을 통해 태양광 패널의 출력 저하에 따른 발전 손실을 저감할 뿐만 아니라 태양광 시스템의 절연 성능 저하로 인한 화재 혹은 아크 사고의 발생 전에 회로를 사전에 차단함으로써 증대된 안전성을 갖는 태양광 발전 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 기존 인력에 의한 태양전지 어레이의 수동 방식의 검사 방식을 대신하여 태양광 시스템의 동작 상황에서 태양전지 어레이의 성능을 측정 및 분석하는 방식을 적용함으로써, 태양광 발전단지의 에너지 균등화 발전비용(LCOE)을 절감하고, 향상된 발전효율을 갖는 태양광 발전 시스템이 제공될 수 있다.
도 1은 본 일 실시 예에 따른 태양전지 어레이를 모니터링하는 태양광 발전 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 일 실시 예에 따른 직류 접속반의 스위칭 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 일 실시 예에 따른 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 본 일 실시 예에 따른 태양전지 어레이를 모니터링하는 태양광 발전 시스템의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 본 일 실시 예에 따른 제어 장치에 의해 수행되는 아날로그 신호 컨디셔닝 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 일 실시 예에 따른 제어 장치에 의해 수행되는 A/D 변환 및 주 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 일 실시 예에 따른 I-V 곡선 측정을 기반으로 태양광 효율을 측정하기 위한 타이밍도와 태양전지 어레이 별로 절연저항을 측정하기 위한 타이밍도를 보여준다.
전술한 특성 및 이하 상세한 설명은 모두 본 명세서의 설명 및 이해를 돕기 위한 예시적인 사항이다. 즉, 본 명세서는 이와 같은 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 다음 실시 형태들은 단지 본 명세서를 완전히 개시하기 위한 예시이며, 본 명세서가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자들에게 본 명세서를 전달하기 위한 설명이다. 따라서, 본 명세서의 구성 요소들을 구현하기 위한 방법이 여럿 있는 경우에는, 이들 방법 중 특정한 것 또는 이와 동일성 있는 것 가운데 어떠한 것으로든 본 명세서의 구현이 가능함을 분명히 할 필요가 있다.
본 명세서에서 어떤 구성이 특정 요소들을 포함한다는 언급이 있는 경우, 또는 어떤 과정이 특정 단계들을 포함한다는 언급이 있는 경우는, 그 외 다른 요소 또는 다른 단계들이 더 포함될 수 있음을 의미한다. 즉, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 특정 실시 형태를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 명세서의 개념을 한정하기 위한 것이 아니다. 나아가, 발명의 이해를 돕기 위해 설명한 예시들은 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 명세서가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자들이 일반으로 이해하는 의미를 갖는다. 보편적으로 사용되는 용어들은 본 명세서의 맥락에 따라 일관적인 의미로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은, 그 의미가 명확히 정의된 경우가 아니라면, 지나치게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다. 이하 첨부된 도면을 통하여 본 명세서의 실시 예가 설명된다.
도 1은 본 일 실시 예에 따른 태양전지 어레이를 모니터링하는 태양광 발전 시스템의 블록도이다.
본 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 인버터(10), 직류 접속반(110), 태양전지 어레이(120), 제어 장치(130) 및 측정 장치(140)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 인버터(10)는 후술될 태양전지 어레이(120)에서 발생한 직류(direct) 전력을 교류 전력으로 변환하여 전원계통 및 부하 단으로 공급할 수 있다.
직류 접속반(110)은 NFB(Non-Fuse Breaker) 회로(111), 스위치 회로(112) 및 화재센서(113)를 포함할 수 있다. 예를 들어, NFB(111) 회로는 태양전지 어레이(120)로부터 과전류가 발생하는 경우 차단될 수 있다.
예를 들어, 스위치 모듈(112)은 복수의 직류형(DC type) 릴레이 회로(미도시)를 포함할 수 있다. 스위치 모듈(1120)의 스위칭 동작에 따른 태양전지 어레이(120)와 측정 장치(140)의 연결 과정은 후술되는 도면 2를 통해 더 상세하게 설명된다.
화재센서(113)는 직류 접속반(110) 내부 화재의 발생 혹은 내부 온도의 급격한 상승이 감지되면, 제어 장치(130)로 응급 신호(E)를 전달할 수 있다. 이 경우, 제어 장치(130)는 응급 신호(E)를 기반으로 태양광 발전을 차단할 수 있도록 복수의 제어 신호(C_a#1~ C_a#N, C_b#1~ C_b#N)를 생성할 수 있다.
직류 접속반(110)은 인버터(10)와 제1 전원라인(P+) 및 제2 전원라인(P-)을 기반으로 연결될 수 있다. 또한, 직류 접속반(110)은 태양전지 어레이(120)와 제1 내지 N 공급 라인(L_1~L_N)을 기반으로 연결될 수 있다.
또한, 직류 접속반(110)은 측정 장치(140)와 제1 내지 제N 측정 라인(B_1~B_N)을 기반으로 연결될 수 있다.
한편, 직류 접속반(110)은 복수의 제어 신호(C_a#1~ C_a#N, C_b#1~ C_b#N)에 따라 태양전지 어레이(120)에 포함된 복수의 태양전지 스트링(미도시)을 순차적으로 측정 장치(140)에 연관시킬 수 있다.
도 1에 도시되진 않으나, 직류 접속반(110)에는 화재 및 안전 문제 발생 시 태양광 발전을 정지시킬 수 있는 비상 스위치(Manual Switch)를 포함할 수 있다.
태양전지 어레이(120)는 병렬로 연결되는 복수의 태양광 스트링(solar string)을 포함할 수 있다. 태양광 스트링은 직렬로 연결된 특정 개수의 태양광 판넬(solar panel)을 포함할 수 있으며, 태양광 판넬은 복수의 태양 전지(solar cell)를 포함할 수 있다.
제어 장치(130)는 태양광 발전 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어 장치(130)는 직류 접속반(110)으로 복수의 제어 신호(C_a#1~ C_a#N, C_b#1~ C_b#N)를 전달할 수 있다. 또한, 제어 장치(130)는 측정 장치(140)로 복수의 타이밍 신호(X1, X2, X3)를 전달할 수 있다.
한편, 제어 장치(130)는 측정 장치(140)로부터 복수의 측정 라인(B_1~B_N) 각각에 상응하는 태양전지 스트링의 전압-전류(V-I) 곡선 측정을 위한 측정 전압 값(V_an) 및 측정 전류 값(I_an)을 수신할 수 있다.
측정 장치(140)는 복수의 타이밍 신호(X1, X2, X3)에 따라 복수의 측정 라인(B_1~B_N) 각각에 상응하는 태양전지 스트링의 전압(V) 및 전류(I)를 측정할 수 있다.
또한, 측정 장치(140)는 복수의 측정 라인(B_1~B_N) 각각에 상응하는 태양전지 스트링의 전압(V) 및 전류(I)에 대한 측정 전압 값(V_an) 및 측정 전류 값(I_an)을 생성할 수 있다.
감지 장치(150)는 온도 센서(151)과 일사량 센서(152)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 감지 장치(150)는 직류 접속반(110)과 연결된 태양전지 어레이(120)의 경사 각도와 동일한 각도로 설치되는 기준계로 이해될 수 있다.
예를 들어, 1M 태양광 발전소에서 100kW 단위의 직류 접속반(110)에 설치된 기준계에 의해 측정된 데이터는 사용자 서버(미도시)로 전달될 수 있다. 여기서, 100kW 단위로 측정된 데이터에 대한 전체 평균을 적용하면 보다 정밀한 온도 및 일사량이 측정될 수 있다.
예를 들어, 온도 센서(151)는 태양광 셀로부터 획득된 온도 정보(T_I)를 제어 장치(130)로 전달할 수 있다. 이 경우, 태양광 셀의 성능을 비교하기 위한 K 함수 값이 사용될 수 있다.
한편, 일사량 센서(152)는 태양광 셀로부터 획득된 일사량 정보(S_I)를 제어 장치(130)로 전달할 수 있다.
본 일 실시 예에 따른 측정 장치(140)의 동작 및 구성요소에 대하여는 후술되는 도면을 통해 더 상세하게 설명된다.
도 2는 본 일 실시 예에 따른 직류 접속반의 스위칭 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 및 도 2의 명확하고 간결한 이해를 위하여, 태양전지 어레이(120)는 병렬로 연결된 제1 내지 제20 태양전지 스트링(PV_S#1~PV_S#20)을 포함한다고 가정할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 위 가정에 따라 태양전지 어레이(120)가 제1 내지 제20 태양전지 스트링(PV_S#1~PV_S#20)을 포함할 때, 스위칭 모듈(112)은 제1 내제 제20 직류형 릴레이 회로(R1~R20)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 제1 내제 제20 직류형 릴레이 회로(R1~R20) 각각은 제1 내지 제20 메인 릴레이 회로(예로, 도 2의 R_K1~R_K20) 및 제1 내지 제20 보조 릴레이 회로(예로, 도 2의 R_B1~R_B20)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 한 쌍의 제1 메인 릴레이 회로(R_K1) 및 제1 보조 릴레이 회로(R_B1)는 제1 직류형 릴레이 회로(R1)로 언급될 수 있다. 마찬가지로, 한 쌍의 제N 메인 릴레이 회로(R_KN) 및 제N 보조 릴레이 회로(R_BN)는 제N 직류형 릴레이 회로(RN)로 언급될 수 있다.
제1 내제 제20 메인 릴레이 회로(R_K1~R_K20) 각각의 일단은 인버터(10)의 제1 전원라인(P+)과 연결될 수 있다. 한편, 제1 내제 제20 메인 릴레이 회로(R_K1~R_K20)의 타단은 제1 내지 제20 공급라인(L_1~L_20)을 기반으로 제1 내지 제20 태양전지 스트링(PV_S#1~PV_S#20)과 각각 연결될 수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제20 메인 릴레이 회로(R_K1~R_K20) 각각은 턴-온 및 턴-오프 방식으로 구현될 수 있다. 일 예로, 메인 릴레이 회로는 평상시 제1 전원라인(P+)과 연결되고, 특수한 상황(예로, 화재 또는 진단과정)에서 제1 전원라인(P+)과 연결이 끊어지는 구성으로 이해될 수 있다.
다른 예로, 제1 내지 제20 보조 릴레이 회로(R_B1~R_B20)는 1a1b 방식으로 구현될 수 있다. 일 예로, 본 일 실시 예에 따른 보조 릴레이 회로는 평상시 턴-오프 상태에서 b 점점과 연결되고, 특수한 상황(예로, 화재 또는 진단과정)에서 턴-온 상태에서 a 접점과 연결되는 구성으로 이해될 수 있다.
명확하고 간결한 설명을 위하여, 제1 보조 릴레이 회로(R_B1)의 a 접점은 제1_a 접점으로 언급되고, 제1 보조 릴레이 회로(R_B1)의 b 접점은 제1_b 접점으로 언급될 수 있다.
마찬가지로, 제20 보조 릴레이 회로(R_B20)의 a 접점은 제20_a 접점으로 언급되고, 제20 보조 릴레이 회로(R_B20)의 b 접점은 제20_b 접점으로 언급될 수 있다. 본 명세서에서, 제1 보조 릴레이 회로(R_B1)의 제1_a 접점은 제1 측정라인(예로, 도 1 및 도 2의 B_1)을 통해 측정 장치(140)와 연결될 수 있다. 또한, 제2 보조 릴레이 회로(R_B2)의 제2_a 접점은 제2 측정라인(예로, 도 1 및 도 2의 B_2)을 통해 측정 장치(140)와 연결될 수 있다.
마찬가지로, 제20 보조 릴레이 회로(R_B20)의 제20_a 접점은 제20 측정라인(예로, 도 1의 B_20)을 통해 측정 장치(140)와 연결될 수 있다.
본 명세서에서, 제1 내제 제20 직류형 릴레이 회로(R1~R20)는 제1 내지 제20_a 제어 신호(C_a#1~ C_a#20) 및 제1 내지 제20_b제어 신호(C_b#1~ C_b#20)를 기반으로 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 제1 메인 릴레이 회로(R_K1)는 제1_a 제어 신호(C_a#1)에 따라 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)과 제1 전원 라인(P+)을 연관시킬 수 있다.
일 예로, 제1_a 제어 신호(C_a#1)가 하이 레벨 신호일 때, 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)이 제1 전원 라인(P+)과 연결될 수 있다. 또한, 제1_a 제어 신호(C_a#1)가 로우 레벨 신호일 때, 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)이 제1 전원 라인(P+)과 분리될 수 있다.
한편, 제1 보조 릴레이 회로(R_B1)는 제1_b 제어 신호(C_b#1)에 따라 제1 공급라인(L_1)을 제1_a 접점 또는 제1_b 접점으로 연관시킬 수 있다.
일 예로, 제1_b 제어 신호(C_b#1)가 로우 레벨 신호일 때, 제1 보조 릴레이 회로(R_B1)는 제1 공급라인(L_1)을 개방 노드에 상응하는 제1_b 접점과 연관시킬 수 있다. 또한, 제1_b 제어 신호(C_b#1)가 하이 레벨 신호일 때, 제1 보조 릴레이 회로(R_B1)는 제1 공급라인(L_1)을 측정 장치(140)와 연관시킬 수 있다.
예를 들어, 제2 메인 릴레이 회로(R_K2)는 제2_a 제어 신호(C_a#2)에 따라 제2 태양전지 스트링(PV_S#2)과 제1 전원 라인(P+)을 연관시킬 수 있다.
일 예로, 제2_a 제어 신호(C_a#2)가 하이 레벨 신호일 때, 제2 태양전지 스트링(PV_S#2)이 제1 전원 라인(P+)과 연결될 수 있다. 또한, 제2_a 제어 신호(C_a#2)가 로우 레벨 신호일 때, 제2 태양전지 스트링(PV_S#2)이 제1 전원 라인(P+)과 분리될 수 있다.
한편, 제2 보조 릴레이 회로(R_B2)는 제2_b 제어 신호(C_b#2)에 따라 제2 공급라인(L_2)을 제2_a 접점 또는 제2_b 접점으로 연관시킬 수 있다.
일 예로, 제2_b 제어 신호(C_b#2)가 로우 레벨 신호일 때, 제2 보조 릴레이 회로(R_B2)는 제2 공급라인(L_2)을 개방 노드에 상응하는 제2_b 접점과 연관시킬 수 있다. 또한, 제2_b 제어 신호(C_b#2)가 하이 레벨 신호일 때, 제2 보조 릴레이 회로(R_B2)는 제2 공급라인(L_2)을 측정 장치(140)와 연관시킬 수 있다.
마찬가지로, 제20 메인 릴레이 회로(R_K20)는 제20_a 제어 신호(C_a#20)에 따라 제20 태양전지 스트링(PV_S#20)과 제1 전원 라인(P+)을 연관시킬 수 있다.
일 예로, 제20_a 제어 신호(C_a#20)가 하이 레벨 신호일 때, 제20 태양전지 스트링(PV_S#20)이 제1 전원 라인(P+)과 연결될 수 있다. 또한, 제20_a 제어 신호(C_a#20)가 로우 레벨 신호일 때, 제20 태양전지 스트링(PV_S#20)이 제1 전원 라인(P+)과 분리될 수 있다.
한편, 제20 보조 릴레이 회로(R_B20)는 제20_b 제어 신호(C_b#20)에 따라 제20 공급라인(L_20)을 제20_a 접점 또는 제20_b 접점으로 연관시킬 수 있다.
일 예로, 제20_b 제어 신호(C_b#20)가 로우 레벨 신호일 때, 제20 보조 릴레이 회로(R_B20)는 제20 공급라인(L_20)을 개방 노드에 상응하는 제20_b 접점과 연관시킬 수 있다. 또한, 제20_b 제어 신호(C_b#20)가 하이 레벨 신호일 때, 제2 보조 릴레이 회로(R_B20)는 제2 공급라인(L_20)을 측정 장치(140)와 연관시킬 수 있다.
제1 내지 제20 태양전지 스트링(PV_S#1~PV_S#20) 각각은 미리 정해진 개수(예로, 10개)의 태양전지 판넬(Solar Cell Panel; SCP)을 포함할 수 있다. 각 태양전지 판넬(SCP)은 미리 정해진 양의 전력(예로, 5kW)를 생성할 수 있도록 설계될 수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제20 태양전지 스트링(PV_S#1~PV_S#20) 각각은 인버터(예로, 도1의 10)의 제2 전원라인(P-)과 연결될 수 있다.
도 3은 본 일 실시 예에 따른 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 3의 측정 장치(300)는 도 1의 측정 장치(140)와 상응할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 측정 장치(300)는 제1 내지 제3 스위치 소자(SW#1~SW#3), 홀 센서(310), 커패시터(320), 방전 저항(330) 및 절연 측정 저항(340)을 포함할 수 있다.
제1 스위치 소자(SW#1)의 일단(즉, 입력단)은 복수의 측정 라인(예로, 도 2의 B_1~B_20)과 병렬로 연결되고, 제1 스위치 소자(SW#1)의 타단(즉, 출력단)은 홀 센서(310)와 연결될 수 있다.
한편, 제1 스위치 소자(SW#1)는 제1 타이밍 신호(X1)에 따라 턴-온될 수 있다. 이 경우, 복수의 태양전지 스트링(예로, 도 2의 PV_S#1~PV_S#20)은 복수의 공급 라인(예로, 도 2의 L_1~L_20) 및 복수의 측정 라인(예로, 도 2의 B_1~B_20)을 거쳐 제1 스위치 소자(SW#1)의 일단(즉, 입력단)에 병렬로 연결될 수 있다.
홀 센서(310)는 복수의 태양전지 스트링(예로, 도 2의 PV_S#1~PV_S#20) 각각과 연관된 전류를 순차적으로 측정할 수 있다.
예를 들어, 홀 센서(310)는 제1 타이밍 신호(X1)에 따라 제1 스위치 소자(SW#1)가 턴-온될 때 커패시터(320)에 충전되는 전류를 측정할 수 있다. 또한, 홀 센서(310)는 제3 타이밍 신호(X3)에 따라 제3 스위치 소자(SW#3)가 턴-온될 때 절연 측정 저항(340)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
참고로, 제1 스위치 소자(SW#1)가 턴-온될 때 커패시터(320)의 측정 전압 값(V_an)은 별도의 전압 측정 센서(미도시)에 의해 제어 장치로 전달될 수 있다.
본 일 실시 예에 따른 홀 센서(310)는 제1 타이밍 신호(X1)에 따라 커패시터(320)에 충전되는 전류에 대한 측정 전류 값(I_an)을 제어 장치(130)로 전달할 수 있다.
또한, 홀 센서(310)는 제3 타이밍 신호(X3)에 따라 절연 측정 저항(340)에 흐르는 전류에 대한 측정 전류 값(I_an)을 제어 장치(130)로 전달할 수 있다.
커패시터(320)의 일단은 홀 센서(310)와 연결되고, 커패시터(320)의 타단은 인버터(10)의 제2 전원라인(P-)과 연결될 수 있다.
제2 스위치 소자(SW#2)의 일단(즉, 입력단)은 커패시터(320)의 일단과 연결되고, 제2 스위치 소자(SW#2)의 타단(즉, 출력단)은 방전 저항(330)과 연결될 수 있다.
한편, 제2 스위치 소자(SW#2)는 제2 타이밍 신호(X2)에 따라 턴-온될 수 있다. 이 경우, 커패시터(320)에 충전된 전류는 제2 타이밍 신호(X2)에 따라 턴-온된 제2 스위치 소자(SW#2)를 거쳐 방전 저항(330)으로 전달될 수 있다.
제3 스위치 소자(SW#3)의 일단(즉, 입력단)은 커패시터(320)의 일단과 연결되고, 제3 스위치 소자(SW#3)의 타단(즉, 출력단)은 절연 측정 저항(340)과 연결될 수 있다. 여기서, 절연 측정 저항(340)은 약 10Mohm의 높은 저항을 갖는 소자로 이해될 수 있다.
한편, 제3 스위치 소자(SW#3)는 제3 타이밍 신호(X3)에 따라 턴-온될 수 있다. 이 경우, 복수의 태양전지 스트링(예로, 도 2의 PV_S#1~PV_S#20) 각각은 제3 타이밍 신호(X3)에 따라 턴-온된 제3 스위치 소자(SW#3)를 거쳐 절연 측정 저항(340)과 연결될 수 있다.
본 일 실시 예에 따른 제1 내지 제3 스위치 소자(SW#1~SW#3)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated gate bipolar transistor;　IGBT), 전계효과 트랜지스터(Field effect transistor;　FET) 또는 실리콘제어정류기(Silicon Controlled Rectifier; SCR) 등으로 구현될 수 있다.
도 4는 본 일 실시 예에 따른 태양전지 어레이를 모니터링하는 태양광 발전 시스템의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 시간 구간(T1~T1')은 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)이 측정 장치(140)와 연관되는 구간으로 이해될 수 있다. 마찬가지로, 제N 시간 구간(TN~TN')은 제N 태양전지 스트링(PV_S#N)이 측정 장치(140)와 연관되는 구간으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 도 4의 제1 시간 구간(T1~T1')에서, 제1_a 제어신호(C_a#1)의 로우(Low; L) 레벨 신호이고, 제1_b 제어신호(C_b#1)는 하이(High; H) 레벨 신호일 수 있다.
다시 말해, 제1 시간 구간(T1~T1')에서, 제1 메인 릴레이 회로(R_K1)은 인버터(10)와 분리되고, 제1 보조 릴레이 회로(R_B1)는 제1_a 접점을 통해 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)을 제1 측정 라인(B_1)과 연관시킬 수 있다.
한편, 도 4의 제1 시간 구간(T1~T1')을 제외한 나머지 시간 구간에서, 제1_a 제어신호(C_a#1)는 하이(H) 레벨 신호이고, 제1_b 제어신호(C_b#1)는 로우(L) 레벨 신호일 수 있다.
다시 말해, 제1 시간 구간(T1~T1')을 제외한 나머지 시간 구간에서, 제1 메인 릴레이 회로(R_K1)은 인버터(10)와 제1 전원 라인(P+)을 기반으로 연결되고, 제1 보조 릴레이 회로(R_B1)는 개방 노드에 상응하는 제1_b 접점과 연관될 수 있다.
예를 들어, 도 4의 제2 시간 구간(T2~T2')에서, 제2_a 제어신호(C_a#2)는 로우(L) 레벨 신호이고, 제2_b 제어신호(C_b#2)는 하이(H) 레벨 신호일 수 있다.
다시 말해, 제2 시간 구간(T2~T2')에서, 제2 메인 릴레이 회로(R_K2)은 인버터(10)와 분리되고, 제2 보조 릴레이 회로(R_B2)는 제2_a 접점을 통해 제2 태양전지 스트링(PV_S#2)을 제2 측정 라인(B_2)과 연관시킬 수 있다.
한편, 도 4의 제2 시간 구간(T2~T2')을 제외한 나머지 시간 구간에서, 제2_a 제어신호(C_a#2)는 하이(H) 레벨 신호이고, 제2_b 제어신호(C_b#2)는 로우(L) 레벨 신호일 수 있다.
다시 말해, 제2 시간 구간(T2~T2')을 제외한 나머지 시간 구간에서, 제1 메인 릴레이 회로(R_K1)은 인버터(10)와 제1 전원 라인(P+)을 기반으로 연결되고, 제2 보조 릴레이 회로(R_B2)는 개방 노드에 상응하는 제2_b 접점과 연관될 수 있다.
예를 들어, 도 4의 제20 시간 구간(T20~T20')에서, 제20_a 제어신호(C_a#20)는 로우(L) 레벨 신호이고, 제20_b 제어신호(C_b#20)는 하이(H) 레벨 신호일 수 있다.
다시 말해, 제20 시간 구간(T20~T20')에서, 제20 메인 릴레이 회로(R_K20)은 인버터(10)와 분리되고, 제20 보조 릴레이 회로(R_B20)는 제20_a 접점을 통해 제20 태양전지 스트링(PV_S#20)을 제20 측정 라인(B_20)과 연관시킬 수 있다.
한편, 도 4의 제20 시간 구간(T20~T20')을 제외한 나머지 시간 구간에서, 제20_a 제어신호(C_a#20)는 하이(H) 레벨 신호이고, 제20_b 제어신호(C_b#20)는 로우(L) 레벨 신호일 수 있다.
다시 말해, 제20 시간 구간(T20~T20')을 제외한 나머지 시간 구간에서, 제20 메인 릴레이 회로(R_K20)은 인버터(10)와 제1 전원 라인(P+)을 기반으로 연결되고, 제20 직류형 릴레이 회로(R_B20)는 개방 노드에 상응하는 제20_b 접점과 연관될 수 있다.
도 4의 제1 내지 제3 타이밍 신호(X1, X2, X3)는 측정 장치(140)의 동작을 제어하기 위한 신호로 이해될 수 있다.
예를 들어, 제1 타이밍 신호(X1) 및 제3 타이밍 신호(X3)는 특정 구간(T1~T1', …, T20~T20')에서 하이(H) 레벨 신호일 수 있다.
구체적으로, 제1 타이밍 신호(X1)는, 제3 타이밍 신호(X3)보다 먼저 하이(H) 레벨로 천이한 이후 특정 구간(예로, 도 4의 T1~T1', …, T20~T20')이 만료되기 전에, 제3 타이밍 신호(X3)와 동시 혹은 이후에 로우(L) 레벨로 천이할 수 있다.
또한, 제2 타이밍 신호(X2)는 각 구간의 사이 구간(예로, 도 4의 T1'~T2, T2'~T3,…, T20'~T21)에서 하이 레벨과 로우 레벨을 미리 정해진 횟수만큼 반복할 수 있다.
예를 들어, 제1 구간(T1~T1')에서, 하이(H) 레벨의 제1 타이밍 신호(X1)에 따라 제1 스위치 소자(SW#1)가 턴-온되면, 제1 직류형 릴레이 회로(R1)의 제1_b 접점을 통해 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)으로부터 생성되는 전류(혹은 전력)는 커패시터(320)에 충전될 수 있다.
이어, 제1 구간(T1~T1')에서, 하이(H) 레벨의 제3 타이밍 신호(X3)에 따라 제3 스위치 소자(SW#3)가 턴-온되면, 제1 직류형 릴레이 회로(R1)의 제1_b 접점을 통해 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)으로부터 생성되는 전류(혹은 전력)는 절연 측정 저항(340)으로 흐를 수 있다.
이어, 제1 구간(T1~T1')과 제2 구간(T2~T2')의 사이 구간(T1'~T2)에서, 제2 타이밍 신호(X2)가 하이 레벨과 로우 레벨을 미리 정해진 횟수만큼 반복함에 따라, 커패시터(320)에 충전된 전류가 방전 저항(330)을 통해 방전될 수 있다.
본 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 상기 일련의 충전 및 방전 과정은 제1 구간(T1~T1') 내지 제20 구간(T20~T20')까지 반복적으로 수행될 수 있음은 이해될 것이다.
한편, 제1 내지 제20_a 제어신호(C_a#1~C_a#20) 각각은 상응하는 제1 내지 제20_b 제어신호(C_b#1~C_b#20)와 보호 시간(P, P')만큼의 시간 차이가 나도록 제어될 수 있다.
다시 말해, 각 시간 구간(T1~T1' - T20~T20')을 위한 보호 시간(P, P')은 제1 내지 20 직류형 릴레이 회로(R1~R20)의 동작에 따른 DC Power 서지로부터 릴레이 회로의 보호 및 측정된 데이터에 대한 신뢰성 확보를 위해 적용될 수 있다.
도 5는 본 일 실시 예에 따른 제어 장치에 의해 수행되는 아날로그 신호 컨디셔닝(Analog Signal Conditioning) 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 5을 참조하면, 도 5의 제어 장치(500)는 도 1의 제어 장치(140)와 상응하는 구성으로 이해될 수 있다.
제1 입력 정보(IN_1)는 태양광 스트링(직렬 구성)의 출력 전압과 연관될 수 있다. 예를 들어, 태양광 스트링(직렬 구성)의 출력 전압의 한계치는 1500V(RMS)이며, 제1 입력(IN_1)은 도 3의 커패시터(320)의 양단 전압을 측정하기 위한 전압 앰프(amplifier; AMP, 미도시)와 연관될 수 있다.
예를 들어, 제1 입력 정보(IN_1)는 1500V/5V 감쇠회로를 거쳐 1500V / 150kHz 이상 신호를 차단하는 절연회로로 전달될 수 있다. 이어, 증폭 회로를 (필요에 따라) 거쳐 필요한 신호만을 제외하고 나머지 신호를 차단하는 필터회로에 전달될 수 있다. 이어, A/D 보드와 임피던스 매칭(예로, 50Ω)을 위한 임피던스 매칭회로를 거쳐 제1 컨디셔닝 정보(C_1)로 출력될 수 있다.
제2 입력 정보(IN_2)는 도 3의 홀 센서(310)에 입력되는 전류를 기반으로 출력되는 전압과 연관될 수 있다. 예를 들어, 제 2 입력 정보(IN_2)는 도 3의 커패시터(320)에 충전되는 전류를 측정할 때 사용되는 전류 측정 앰프(AMP; 미도시)와 연관될 수 있다.
예를 들어, 제2 입력 정보(IN_2)는 Differ 회로를 SE 변환하는 차동앰프를 거쳐 1500V / 150kHz 이상 신호를 차단하는 절연회로로 전달될 수 있다. 이어, 증폭 회로를 (필요에 따라) 거쳐 필요한 신호만을 제외하고 나머지 신호를 차단하는 필터회로에 전달될 수 있다. 이어, A/D 보드와 임피던스 매칭(예로, 50Ω)을 위한 임피던스 매칭회로를 거쳐 제2 컨디셔닝 정보(C_2)로 출력될 수 있다.
제3 입력 정보(IN_3)는 기준계에 설치된 온도 센서의 출력 값(예로, 도 1의 T_I)과 연관될 수 있다.
예를 들어, 제3 입력 정보(IN_3)는 내부 차동앰프와 기준온도를 측정할 수 있는 회로를 거쳐 (필요에 따라) 증폭 회로를 통과할 수 있다. 이어, 필요한 신호만을 제외하고 나머지 신호를 차단하는 필터회로에 전달될 수 있다. 이어, A/D 보드와 임피던스 매칭(예로, 50Ω)을 위한 임피던스 매칭회로를 거쳐 제3 컨디셔닝 정보(C_3)로 출력될 수 있다.
제4 입력 정보(IN_4)는 기준계에 설치된 일사량 센서의 출력 값(예로, 도 1의 S_I)과 연관될 수 있다.
예를 들어, 제4 입력 정보(IN_4)는 내부 차동앰프를 측정할 수 있는 회로를 거쳐 (필요에 따라) 증폭 회로를 통과할 수 있다. 이어, 필요한 신호만을 제외하고 나머지 신호를 차단하는 필터회로에 전달될 수 있다. 이어, A/D 보드와 임피던스 매칭(예로, 50Ω)을 위한 임피던스 매칭회로를 거쳐 제4 컨디셔닝 정보(C_4)로 출력될 수 있다.
도 6은 본 일 실시 예에 따른 제어 장치에 의해 수행되는 A/D 변환 및 주 제어(main control) 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 제어 장치(600)에 의해 A/D 변환 및 주 제어 동작이 수행될 때, 복수의 내부 블록(610~680)이 활성화될 수 있다.
도 6을 참조하면, Voltage 1-4 & Digital DIO 인터페이스(610)는 임피던스 매칭 회로, 증폭을 위한 증폭(AMP) 회로 및 DIO 회로를 포함할 수 있다.
4Ch ADC 회로(620)는 태양광 모듈 측정 시 사용되는 채널(전압, 전류, 온도, 일사량)의 아날로그 신호를 제어장치(600)에 저장할 수 있도록 아날로그-디지털 (Analog to Digital, A/D)변환을 수행할 수 있다.
예를 들어, 4Ch ADC 회로(620)는 앞선 도 5의 제1 내지 제4 컨디셔닝 정보(C_1~C4)에 대하여 A/D 변환을 수행할 수 있다. 이 경우, 4Ch ADC 회로(620)는 16비트 정보를 500KS/s로 출력할 수 있다.
제1 Digital output 회로(630)는 복수의 제어 신호(C_a#1~ C_a#N, C_b#1~ C_b#N)를 직류 접속반(110)으로 출력하기 위한 구성으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 복수의 제어 신호(C_a#1~ C_a#N, C_b#1~ C_b#N)가 5V일 때, 복수의 제어 신호(C_a#1~ C_a#N, C_b#1~ C_b#N)는 하이(H) 레벨 신호로 표현될 수 있다. 한편, 복수의 제어 신호(C_a#1~ C_a#N, C_b#1~ C_b#N)가 0V일 때, 복수의 제어 신호(C_a#1~ C_a#N, C_b#1~ C_b#N)는 로우(L) 레벨 신호로 표현될 수 있다.
제2 Digital output 회로(640)는 복수의 타이밍 신호(X1~X3)를 직류 접속반(110)으로 출력하기 위한 구성으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 복수의 타이밍 신호(X1~X3)가 5V일 때, 복수의 타이밍 신호(X1~X3)는 하이(H) 레벨 신호로 표현될 수 있다. 한편, 복수의 타이밍 신호(X1~X3)가 0V일 때, 복수의 타이밍 신호(X1~X3)는 로우(L) 레벨 신호로 표현될 수 있다.
FPGA(650)는 설계 가능 논리 소자와 프로그래밍이 가능한 내부 회로가 포함된 반도체 소자이며, 디지털 필터를 구현하기 위해 사용될 수 있다.
CPU(660)는 제어 장치의 전반적인 제어를 담당하고, 인터페이스 블록(670)은 장치의 통신 및 디스플레이를 구현을 위해 사용되고, 전원(680)은 장치의 전원을 제공할 수 있다.
제어 장치와 통신 프로토콜을 기반으로 연결된 사용자 서버(server)는 측정 데이터를 저장하기 위한 구성으로 이해할 수 있다. 여기서, 저장 정보는 태양광 모듈과 연관된 전압, 전류, 일사량 및 온도에 대한 정보로 이해될 수 있다.
제어 장치와 통신 프로토콜을 기반으로 연결된 클라이언트(client)는 측정 데이터를 기반으로 HMI(Human-Machine Interface) 및 분석을 수행하여 생성된 최종 정보를 관리자에게 공급하는 PC에 해당할 수 있다.
여기서, 최종 정보는 태양광 모듈의 전류-전압 곡선(I-V curve)에 대한 정보, 태양광 모듈의 전류-전압 곡선(I-V curve)에 대한 알고리즘을 적용하여 분석한 진단 결과 및 절연 저항에 대한 측정 결과 정보를 포함할 수 있다.
도 7은 본 일 실시 예에 따른 I-V 곡선 측정을 기반으로 태양광 효율을 측정하기 위한 타이밍도와 태양전지 어레이 별로 절연저항을 측정하기 위한 타이밍도를 보여준다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 도 7의 제1 케이스(CASE1)는 태양광 효율을 측정하기 위한 타이밍도의 집합으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 제1 케이스(CASE1)의 제1 내지 제4 A/D 입력 신호(A/D_1~A/D_4)는 도 1의 측정 전압 값(V_an), 측정 전류 값(I_an), 온도 정보(T_I) 및 일사량 정보(S_I)의 아날로그-디지털(A/D) 변환 타이밍과 연관될 수 있다.
예를 들어, 제1 케이스(CASE1)의 제1 시간 구간(T1~T1')에서, 제1 A/D 입력 신호(A/D_1)가 턴-온 신호일 때, 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)에서 생성된 전류에 의해 커패시터(320)가 완충될 때까지 측정된 전압 값이 A/D 변환될 수 있다.
한편, 제1 케이스(CASE1)의 제1 시간 구간(T1~T1')에서, 제2 A/D 입력 신호(A/D_2)가 턴-온 신호일 때, 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)에서 생성된 전류에 의해 커패시터(320)가 완충될 때까지의 측정된 전류 값이 A/D 변환될 수 있다.
한편, 제1 케이스(CASE1)의 제1 시간 구간(T1~T1')에서, 제3 A/D 입력 신호(A/D_3)가 턴-온 신호일 때, 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)와 연관된 온도 값이 A/D 변환될 수 있다.
한편, 제1 케이스(CASE1)의 제1 시간 구간(T1~T1')에서, 제4 A/D 입력 신호(A/D_4)가 턴-온 신호일 때, 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)와 연관된 일사량 값이 A/D 변환될 수 있다.
예를 들어, 제1 케이스(CASE1)의 제2 시간 구간(T2~T2')에서, 제1 A/D 입력 신호(A/D_1)가 턴-온 신호일 때, 제2 태양전지 스트링(PV_S#2)에서 생성된 전류에 의해 커패시터(320)가 완충될 때까지 측정된 전압 값이 A/D 변환될 수 있다.
한편, 제1 케이스(CASE1)의 제2 시간 구간(T2~T2')에서, 제2 A/D 입력 신호(A/D_2)가 턴-온 신호일 때, 제2 태양전지 스트링(PV_S#2)에서 생성된 전류에 의해 커패시터(320)가 완충될 때까지의 측정된 전류 값이 A/D 변환될 수 있다.
한편, 제1 케이스(CASE1)의 제2 시간 구간(T2~T2')에서, 제3 A/D 입력 신호(A/D_3)가 턴-온 신호일 때, 제2 태양전지 스트링(PV_S#2)와 연관된 온도 값이 A/D 변환될 수 있다.
한편, 제1 케이스(CASE1)의 제2 시간 구간(T2~T2')에서, 제4 A/D 입력 신호(A/D_4)가 턴-온 신호일 때, 제2 태양전지 스트링(PV_S#2)와 연관된 일사량 값이 A/D 변환될 수 있다.
마찬가지로, 제1 케이스(CASE1)의 제20 시간 구간(T20~T20')에서, 제1 A/D 입력 신호(A/D_1)가 턴-온 신호일 때, 제20 태양전지 스트링(PV_S#20)에서 생성된 전류에 의해 커패시터(320)가 완충될 때까지 측정된 전압 값이 A/D 변환될 수 있다.
한편, 제1 케이스(CASE1)의 제20 시간 구간(T20~T20')에서, 제2 A/D 입력 신호(A/D_2)가 턴-온 신호일 때, 제20 태양전지 스트링(PV_S#20)에서 생성된 전류에 의해 커패시터(320)가 완충될 때까지의 측정된 전류 값이 A/D 변환될 수 있다.
한편, 제1 케이스(CASE1)의 제20 시간 구간(T20~T20')에서, 제3 A/D 입력 신호(A/D_3)가 턴-온 신호일 때, 제20 태양전지 스트링(PV_S#20)와 연관된 온도 값이 A/D 변환될 수 있다.
한편, 제1 케이스(CASE1)의 제20 시간 구간(T20~T20')에서, 제4 A/D 입력 신호(A/D_4)가 턴-온 신호일 때, 제20 태양전지 스트링(PV_S#20)와 연관된 일사량 값이 A/D 변환될 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 도 7의 제2 케이스(CASE2)는 태양전지 어레이 별로 절연저항을 측정하기 위한 타이밍도의 집합으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 제2 케이스(CASE2)의 제1 및 제2 A/D 입력 신호(A/D_1, A/D_2)는 도 1의 측정 전압 값(V_an) 및 측정 전류 값(I_an)의 A/D 변환 타이밍과 연관될 수 있다.
예를 들어, 제2 케이스(CASE2)의 제1 시간 구간(T1~T1')에서, 제1 A/D 입력 신호(A/D_1)가 턴-온 신호일 때, 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)에서 생성된 전류에 의해 완충된 커패시터(320)의 전압 값이 A/D 변환될 수 있다.
예를 들어, 제2 케이스(CASE2)의 제1 시간 구간(T1~T1')에서, 제2 A/D 입력 신호(A/D_2)가 턴-온 신호일 때, 제1 태양전지 스트링(PV_S#1)에서 생성된 전류에 의해 완충된 커패시터(320)의 전류 값이 A/D 변환될 수 있다.
예를 들어, 제2 케이스(CASE2)의 제2 시간 구간(T2~T2')에서, 제1 A/D 입력 신호(A/D_1)가 턴-온 신호일 때, 제2 태양전지 스트링(PV_S#2)에서 생성된 전류에 의해 완충된 커패시터(320)의 전압 값이 A/D 변환될 수 있다.
예를 들어, 제2 케이스(CASE2)의 제2 시간 구간(T2~T2')에서, 제2 A/D 입력 신호(A/D_2)가 턴-온 신호일 때, 제2 태양전지 스트링(PV_S#2)에서 생성된 전류에 의해 완충된 커패시터(320)의 전류 값이 A/D 변환될 수 있다.
본 일 실시 예에 따르면, 제1 케이스(CASE1)의 제1 A/D 입력 신호(A/D_1) 및 제2 A/D 입력 신호(A/D_2)의 신호가 하이(H) 레벨에서 로우(L) 레벨로 천이한 이후, 제2 케이스(CASE1)의 제1 A/D 입력 신호(A/D_1) 및 제2 A/D 입력 신호(A/D_2)가 로우(L) 레벨에서 하이(H) 레벨로 천이할 수 있다.
본 일 실시 예에 따르면, 요구 동작에 따라 제1 케이스(CASE1)와 제2 케이스(CASE1)는 선택적 혹은 중복하여 수행될 수 있음은 이해될 것이다.
본 일 실시 예에 따르면, 태양광 스트링에 대한 주기적 진단을 통해 태양광 패널의 출력 저하에 따른 발전 손실을 저감할 뿐만 아니라 태양광 시스템의 절연 성능 저하로 인한 화재 혹은 아크 사고의 발생 전에 회로를 사전에 차단함으로써 증대된 안전성을 갖는 태양광 발전 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 기존 인력에 의한 태양전지 어레이의 수동 방식의 검사 방식을 대체하여, 태양광 시스템의 동작 상황에서 태양전지 어레이의 성능을 측정분석하는 방식을 적용함으로써 태양광 발전단지의 에너지 균등화 발전비용(LCOE)을 절감하고, 향상된 발전효율을 갖는 태양광 발전 시스템이 제공될 수 있다.
본 명세서의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 명세서의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 명세서의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 태양광 발전 시스템 110: 직류 접속반
120: 태양전지 어레이 130: 제어 장치
140: 측정 장치 150: 감지 장치

Claims (10)

  1. 병렬로 연결된 복수의 태양전지 스트링을 포함하는 태양전지 어레이;
    미리 설정된 복수의 타이밍 신호에 따라 상기 복수의 태양전지 스트링 각각과 순차적으로 연결되고, 상기 복수의 타이밍 신호에 따라 각 태양전지 스트링의 전류-전압(I-V) 곡선을 측정하는 측정 장치;
    복수의 직류형(Direct Current type) 릴레이 회로를 포함하고, 복수의 제어 신호에 따라 상기 복수의 태양전지 스트링을 순차적으로 상기 측정 장치에 연관시키는 직류 접속반(DC combiner box);
    상기 복수의 타이밍 신호 및 상기 복수의 제어 신호를 출력하는 제어 장치; 및
    제1 전원 라인 및 제2 전원 라인을 기반으로 상기 직류 접속반과 연결되고, 상기 태양전지 어레이로부터 발생한 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 인버터를 포함하되,
    상기 측정 장치는,
    상기 복수의 태양전지 스트링 각각과 연관된 전류를 측정하기 위한 홀(hall) 센서;
    일단이 상기 홀 센서와 연결되고, 타단이 상기 제2 전원라인과 연결되는 커패시터;
    상기 커패시터에 충전된 전류를 방출하기 위한 방전 저항;
    상기 각 태양전지 스트링의 절연 저항을 측정하기 위한 절연 측정 저항;
    일단이 상기 복수의 태양전지 스트링의 출력단과 연결되고, 타단이 상기 홀 센서와 연결되고, 상기 제어 장치로부터 제1 타이밍 신호를 수신하는 제1 스위치 소자;
    일단이 상기 커패시터의 상기 일단과 연결되고, 타단이 상기 방전 저항과 연결되고, 상기 제어 장치로부터 제2 타이밍 신호를 수신하는 제2 스위치 소자; 및
    일단이 상기 커패시터의 상기 일단과 연결되고, 타단이 상기 절연 측정 저항과 연결되고, 상기 제어 장치로부터 제3 타이밍 신호를 수신하는 제3 스위치 소자를 포함하는, 태양광 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 직류형 릴레이 회로가 제1 내지 제N (여기서, N은 2 이상의 자연수) 메인 릴레이 회로 및 제1 내지 제N 보조 릴레이 회로에 상응할 때, 상기 복수의 태양전지 스트링은 제1 내지 제N 태양전지 스트링에 상응하는 태양광 발전 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제N 메인 릴레이 회로는 상기 제어 장치로부터 제1 내지 제N_a 제어 신호를 수신하고,
    상기 제1 내지 제N 보조 릴레이 회로는 상기 제어 장치로부터 제1 내지 제N_b 제어 신호를 수신하고,
    상기 제1 내지 제N 보조 릴레이 회로는 제1 내지 제N_a 접점 및 제1 내지 제N_b 접점을 포함하고,
    상기 제1 내지 제N 메인 릴레이 회로 각각의 일단은 상기 제1 전원 라인과 연관되고,
    상기 제1 내지 제N 메인 릴레이 회로의 타단은 상기 제1 내지 제N 태양전지 스트링과 각각 연결되고,
    상기 제1 내지 제N_a 접점은 상기 측정 장치를 위한 제1 내지 제N 출력라인과 각각 연관되고, 그리고
    상기 제1 내지 제N_b 접점은 개방 노드와 연관되는 태양광 발전 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1_a 제어 신호는 상기 제1 메인 릴레이 회로를 제1 시간 구간에서 턴-오프시키고 제1 나머지 시간 구간에서 턴-온시키는 신호를 포함하고,
    상기 제1_b 제어 신호는 상기 제1 보조 릴레이 회로를 상기 제1 시간 구간에서 턴-온시키고 상기 제1 나머지 시간 구간에서 턴-오프시키는 신호를 포함하는 태양광 발전 시스템.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제N_a 제어 신호는 상기 제N 메인 릴레이 회로를 제N 시간 구간에서 턴-오프시키고 제N 나머지 시간 구간에서 턴-온시키는 신호를 포함하고,
    상기 제N_b 제어 신호는 상기 제N 보조 릴레이 회로를 상기 제N 시간 구간에서 턴-온시키고 상기 제N 나머지 시간 구간에서 턴-오프시키는 신호를 포함하는 태양광 발전 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 타이밍 신호는 상기 제1 내지 제N_a 제어 신호 및 상기 제1 내지 제N_b 제어 신호와 연관되는 태양광 발전 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 타이밍 신호가 턴-온 신호일 때, 상기 제1 스위치 소자가 턴-온되고,
    상기 제2 타이밍 신호가 턴-온 신호일 때, 상기 제2 스위치 소자가 턴-온되고, 그리고
    상기 제3 타이밍 신호가 턴-온 신호일 때, 상기 제3 스위치 소자가 턴-온되는 태양광 발전 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 태양전지 스트링 각각은 직렬로 연결된 미리 정해진 개수의 복수의 태양전지 판넬을 포함하고,
    상기 복수의 태양전지 판넬 각각은 복수의 태양 전지를 포함하는 태양광 발전 시스템.
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KR20220131617A (ko) 2021-03-22 2022-09-29 한국에너지기술연구원 태양광 dc 어레이의 고장 전류 검출 알고리즘을 이용한 회로분리 장치가 적용된 스마트 접속반을 포함하는 태양광 발전 시스템
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