KR102228090B1 - 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예는 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상 상태 센싱 신호를 태양광 모니터링부에 통신선을 통하여 전송할 뿐만 아니라 하드 와이어를 이용하여 스위치부에 직접 전송함으로써, 스위치부가 통신선 또는 하드 와이어에 의해 이중으로 동작하도록 하여 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다. 일례로, 본 발명의 실시 예는 태양광 발전 모듈; 태양광 발전 모듈에 전기적으로 연결된 접속반; 접속반에 전기적으로 연결된 인버터; 인버터와 그리드 사이에 전기적으로 연결된 수배전반; 태양광 발전 모듈과 접속반 사이에 전기적으로 연결된 제1스위치; 수배전반과 그리드 사이에 전기적으로 연결된 제2스위치; 및 태양광 발전 모듈, 접속반, 인버터 및 수배전반의 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기 및 아크를 센싱하고, 센싱된 신호를 제1통신선으로 입력받아 센싱된 신호가 이상 상태로 판단될 경우 턴오프 신호를 제2통신선을 통해 제1,2스위치에 전송하는 태양광 모니터링부를 포함하고, 센싱된 신호를 하드 와이어를 통해 제1,2스위치에 직접 전송하여 제1,2스위치가 턴오프되도록 하는, 태양광 발전 시스템을 제공한다.
Description
본 발명의 실시 예는 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전 시스템은 태양광 모듈, 접속반 및 인버터로 구성되며 인버터는 접속반을 통한 직류 전원을 교류 전원으로 변경하여 계통 선로 또는 수용가에 전력을 공급한다. 태양광 모듈에서 접속반 및 인버터의 직류 선로에 차단기, 퓨즈 등을 설치하지만, 현실적으로 과전류나 고장 전류에 대하여 자동으로 회로를 차단하지 못하고 있다. 그 이유는 태양광 모듈에서 출력되는 전류와 태양광 모듈의 단락 전류 사이에 차이가 크지 않기 때문이다. 통상적으로 태양광 모듈의 단락 전류는 정격 전류의 대략 1.1배 이하이며, 차단기 및 퓨즈의 선정 기준은 대략 1.2배 내지 대략 2.5배로 단락 전류보다 커서 차단기의 트립이나 퓨즈가 용단 되지 않는다.
이러한 문제는 접속반이나 인버터의 고장으로 화재가 발생하더라도 회로가 자동으로 차단되지 않아 화재가 확산되도록 한다. 특히, 접속반이나 인버터의 화재 발생은 발전 시스템이 정지하였음에도 반도체 소자의 고장에 의한 지속적인 전력인가로 화재가 확산되고 있다. 이러한 화재는 관리자가 직접 직류 선로를 차단 후 소화기 등으로 화재를 진압해야 하며, 화재 발생 후 화재 인지 및 초기 대응까지 많은 시간이 소요된다. 특히 접속반이나 인버터가 건물 내부에 설치되는 경우 화재로 인한 유독 가스 발생 및 대형 화재로 확산될 우려가 있으며, 인명 피해와 건물 화재 감지 시스템의 동작으로 인하여 상주 인원의 긴급 대피 및 자동으로 소방서 및 경찰서등으로 자동 출동하는 시스템이 구축되어 있어 많은 경제적 손실이 발생한다.
화재 진압을 위해 접속반이나 인버터에 자동 소화 장치를 설치하는 경우도 있지만, 직류/교류 선로를 차단하지 않는 경우 고장 전류가 계속해서 유입되기 때문에 자동으로 화재가 진압되지 않은 경우가 많으며, 화재 자동 소화 장치가 동작하면 인버터는 수리 후 재사용이 불가능하여 추가적인 재산 피해가 발생한다.
본 발명의 실시 예에 따른 해결하고자 하는 과제는 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기 및 아크 등의 이상 상태 센싱 신호를 태양광 모니터링부에 통신선을 통하여 전송할 뿐만 아니라 하드 와이어를 이용하여 스위치에 직접 전송함으로써, 스위치가 통신선 또는 하드 와이어에 의해 이중으로 동작하도록 하여 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 해결하고자 하는 과제는 스위치에 써멀 퓨즈를 부착하되, 스위치를 구동시키는 전원 공급 라인 사이에 써멀 퓨즈를 연결하여, 스위치의 온도가 기준 온도보다 높아지면 스위치가 자동적으로 턴오프되도록 하여 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 해결하고자 하는 과제는 태양광 모듈과 접속반 사이의 직류 선로(전력 케이블)가 단락되었을 경우 이를 빠르게 검출하고, 단락된 태양광 모듈에 대응하는 스위치를 신속하게 턴오프하여 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템은 태양광 발전 모듈; 태양광 발전 모듈에 전기적으로 연결된 접속반; 접속반에 전기적으로 연결된 인버터; 인버터와 그리드 사이에 전기적으로 연결된 수배전반; 태양광 발전 모듈과 접속반 사이에 전기적으로 연결된 제1스위치; 수배전반과 그리드 사이에 전기적으로 연결된 제2스위치; 및 태양광 발전 모듈, 접속반, 인버터 및 수배전반의 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기 및 아크를 센싱하고, 센싱된 신호를 제1통신선으로 입력받아 센싱된 신호가 이상 상태로 판단될 경우 턴오프 신호를 제2통신선을 통해 제1,2스위치에 전송하는 태양광 모니터링부를 포함하고, 센싱된 신호를 하드 와이어를 통해 제1,2스위치에 직접 전송하여 제1,2스위치가 턴오프되도록 한다.
태양광 발전 모듈, 접속반, 인버터 및 수배전반은 각각 센서부를 포함하되, 센서부는 전압 센서, 전류 센서, 온도 센서, 결로 센서, 누전 센서, 지진 센서, 연기 센서 및 아크 센서를 포함한다.
태양광 발전 모듈, 접속반, 인버터 및 수배전반은 각각 소화부를 더 포함하되, 태양광 모니터링부는 연기 및 아크를 센싱하고, 센싱된 신호를 제1통신선으로 입력받아 센싱된 신호가 이상 상태로 판단될 경우 소화부 동작 신호를 제2통신선을 통해 소화부에 전송하고, 센싱된 신호를 하드 와이어를 통해 소화부에 직접 전송하여 소화부가 동작되도록 한다.
제1,2스위치부는 전원 공급부, 전원 공급부에 연결된 코일, 코일에 전원이 공급될 경우 턴온되는 스위치를 포함하고, 전원 공급부에는 제2통신선 및 하드 와이어가 연결된다.
인터넷망, 서버 및 모바일 단말기를 더 포함하고, 태양광 모니터링부는 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기 및 아크에 대한 데이터, 제1,2스위치의 턴오프 정보 및 소화부의 동작 정보를 인터넷망을 통하여 서버 및 모바일 단말기에 전송한다.
제1,2스위치의 전원 공급부와 코일의 사이에 써멀 퓨즈가 연결되고, 써멀 퓨즈는 제1,2스위치의 온도가 기준 온도보다 높을 경우 끊어짐으로써 전원 공급부의 전원이 코일에 공급되지 않도록 한다.
태양광 발전 모듈은 다수개이고, 다수의 태양광 발전 모듈은 접속반에 전력선을 통하여 병렬로 연결되며, 다수의 태양광 발전 모듈과 접속반 사이의 전력선에 설치된 다수의 모듈 전류 센서가 구비되고, 접속반과 인버터 사이의 전력선에 설치된 하나의 접속 전류 센서가 구비되며, 태양광 모니터링부는 하나의 접속 전류 센서로부터 센싱된 전류값을 반전시키는 반전부와, 다수의 모듈 센서로부터 센싱된 전류값과 반전부를 통해 반전된 전류값을 합산하는 합산부와, 합산부를 통해 합산된 전류값이 0인지 판단하여 0일 경우 정상 상태로 판단하고 0이 아닐 경우 비정상 상태로 판단하는 판단부를 포함한다.
다수의 태양광 발전 모듈과 접속반 사이의 각 전력선에 제1스위치가 각각 설치되고, 태양광 모니터링부는 합산된 전류값이 0이 아닐 경우 제1스위치를 턴오프시키는 스위치 구동부를 포함한다.
태양광 모니터링부는 다수의 모듈 전류 센서중에서 가장 큰 전류값을 센싱하고 있는 모듈 전류 센서가 설치된 태양광 발전 모듈을 검색하고, 가장 큰 전류값을 센싱하고 있는 모듈 전류 센서가 설치된 태양광 발전 모듈에 연결된 제1스위치를 스위치 구동부를 통하여 턴오프한다.
본 발명의 실시 예는 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기 및 아크 등의 이상 상태 센싱 신호를 태양광 모니터링부에 통신선을 통하여 전송할 뿐만 아니라 하드 와이어를 이용하여 스위치에 직접 전송함으로써, 스위치가 통신선 또는 하드 와이어에 의해 이중으로 동작하도록 하여 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시 예는 스위치에 써멀 퓨즈를 부착하되, 스위치를 구동시키는 전원 공급 라인 사이에 써멀 퓨즈를 연결하여, 스위치의 온도가 기준 온도보다 높아지면 스위치가 자동적으로 턴오프되도록 하여 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시 예는 태양광 모듈과 접속반 사이의 직류 선로(전력 케이블)이 단락되었을 경우 이를 빠르게 검출하고, 단락된 태양광 모듈에 대응하는 스위치를 신속하게 턴오프하여 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템의 전체 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 정상 상태 및 이상 상태(단락)를 도시한 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 동작을 도시한 순서도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 정상 상태 및 이상 상태(단락)를 도시한 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 동작을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양광 모니터링부 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 태양광 모니터링부 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 인공 지능 시스템, 태양광 모니터링부의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 인공 지능 시스템와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 인공 지능 시스템, 태양광 모니터링부의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시 예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
일례로, 본 발명에 따른 태양광 모니터링부는 중앙처리장치, 하드디스크 또는 고체상태디스크와 같은 대용량 저장 장치, 휘발성 메모리 장치, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 장치, 모니터 또는 프린터와 같은 출력 장치로 이루어진 통상의 상용 컴퓨터에서 운영될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템(100)의 전체 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템(100)은 태양광 발전 모듈(110), 제1스위치(120), 접속반(130), 인버터(140), 수배전반(150), 제2스위치(160), 그리드(170) 및 태양광 모니터링부(180)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템(100)은 인터넷망(201), 서버(202) 및 모바일 단말기(203)를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템(100)은 태양광 발전 모듈(110)과 제1스위치(120)의 사이에 연결된 에너지 저장 시스템(예를 들면, 컨버터와 배터리를 포함함)을 더 포함할 수 있다.
태양광 발전 모듈(110)은 발전 전력을 그리드(170)에 공급할 수 있다. 일부 예들에서, 태양광 발전 모듈(110)은 발전 전력을 상술한 에너지 저장 시스템이나 전기/전자 제품에 공급할 수도 있다. 일부 예들에서, 태양광 발전 모듈(110)은 다수가 구비되고, 이들은 직렬 및/또는 병렬로 접속반(130)에 연결될 수 있다.
그리드(170)는 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비할 수 있다. 그리드(170)는 정상 상태인 경우, 에너지 저장 시스템이나 전기/전자 제품에 전력을 공급할 수 있다. 또한 그리드(170)는 태양광 발전 모듈(110)이나 에너지 저장 시스템으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 그리드(170)가 비정상 상태인 경우(예를 들면, 지락 고장 또는 정전 발생 시), 그리드(170)로부터 에너지 저장 시스템/전기/전자 제품으로의 전력 공급은 중단될 수 있고, 에너지 저장 시스템으로부터 그리드(170)로의 전력 공급 또한 중단될 수 있다. 전기/전자 제품은 태양광 발전 모듈(110)에서 생산된 전력, 에너지 저장 시스템에 저장된 전력, 및/또는 그리드(170)로부터 공급된 전력을 소비할 수 있다.
제1스위치(120)는 태양광 발전 모듈(120)과 접속반(130) 사이의 직류 선로에 연결될 수 있다. 제1스위치(120)는 고전류를 단속할 수 있는 릴레이를 포함할 수 있다. 제1스위치(120)는 태양광 모니터링부(180)의 제어 신호에 의해 턴온/턴오프될 수 있다. 일부 예들에서, 태양광 모니터링부(180)는 센싱된 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기 및/또는 아크 데이터가 기준 데이터의 범위를 벗어나는 것으로 판단하면, 제1스위치(120)에 트립 신호를 전송하여 턴오프할 수 있다.
접속반(130)은 제1스위치(120)에 직류 선로를 통하여 연결될 수 있다. 일반적으로 직류 링크 전압은 태양광 발전 모듈(110) 또는 그리드(170)에서의 순시 전압 강하, 전기/전자 제품의 급격한 부하 변화나 높은 부하량 요구 등으로 인하여 불안정해 지는 경우가 있는데, 직류 링크 전압은 인버터(140)의 정상 동작을 위하여 안정화되어야 한다. 접속반(130)은 제1스위치(120)와 인버터(140) 사이에 연결되어 직류 링크 전압을 일정하게 유지시킨다. 접속반(130)은, 예를 들어, 2개 이상의 대용량 커패시터 등을 더 포함할 수 있다.
인버터(140)는 직류 선로를 통하여 접속반(130)에 연결될 수 있다. 인버터(140)는 접속반(130)과 수배전반(150) 사이에 연결되는 인버터이다. 인버터(140)는 접속반(130)으로부터의 직류 출력 전압을 그리드(170)의 교류 전압으로 변환하는 인버터 유닛을 포함할 수 있다. 태양광 발전 장치가 에너지 저장 시스템을 포함할 경우, 인버터(140)는 그리드(170)의 전력을 에너지 저장 시스템에 저장하기 위하여, 그리드(170)의 교류 전압을 정류하고 직류 링크 전압으로 변환하여 출력하는 정류 회로를 포함할 수 있다. 즉, 인버터(140)는 입력과 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 인버터 유닛일 수 있다.
인버터(140)는 그리드(170)로 출력되는 교류 전압에서 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 또한 인버터(140)는 무효 전력 손실을 억제하기 위하여 인버터(140)로부터 출력되는 교류 전압의 위상과 그리드(170)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프(PLL) 회로를 포함할 수 있다. 그 밖에, 인버터(140)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도현상(transient phenomena)에 대한 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다. 인버터(140)는 사용되지 않을 때, 전력 소비를 최소화하기 위하여 동작을 중지시킬 수도 있다.
일부 예들에서, 제1스위치(120)는 접속반(130) 및/또는 인버터(140)에 내장될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 접속반(130)은 인버터(140)에 내장될 수도 있다.
일부 예들에서, 인버터(140)는 전력 변환부를 더 포함할 수 있다. 전력 변환부는 제1스위치(120) 및/또는 접속반(130)을 통하여 태양광 발전 모듈(110)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전력 변환부는 태양광 발전 모듈(110)에서 발전한 전력을 인버터(140)로 전달할 수 있다. 전력 변환부는 태양광 발전 모듈(110)의 직류 전력의 전압 레벨을 접속반(130)이나 인버터(140)의 직류 전력의 전압 레벨로 변환하기 위한 컨버터를 포함할 수 있다. 특히, 전력 변환부는 일사량, 온도 등의 상태 변화에 따라서 태양광 발전 모듈(110)에서 생산하는 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다. 전력 변환부는 태양광 발전 모듈(110)에서 발전되는 전력이 없을 때에는 소비 전력을 최소화시키기 위하여 동작을 중지할 수도 있다.
수배전반(150)은 교류 선로를 통하여 인버터(140)에 연결될 수 있다. 여기서, 태양광 발전 모듈(110) 및/또는 그리드(170)(예를 들면, 발전소)에서 생산된 전력을 받는 것을 "수전"이라고 하고, 각각의 수용가에서 필요로 하는 만큼의 전력량으로 분배해주는 것을 "배전"이라고 한다. 따라서, 수배전반(150)은 태양광 발전 모듈(110) 및/또는 그리드(170)로 생산된 전력을 수용가까지 보내주는 전기 설비와 관련된 기자재(전력기기)를 포함하는 전기용 판넬을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 수배전반(150)은 자체적으로 전력기기의 운전, 정지, 개폐 상태를 표시하고, 이상 발생 시 경보를 울려주는 감시기능전력기기의 운전을 수동, 자동 변환시키면서 운전시킬 수 있으며 이상 발생 시 제어 기능을 가질 수 있다. 또한, 수배전반(150)은 부하 또는 기기의 계기 상태를 파악하고 측정하는 계측 기능도 가질 수 있다. 더불어, 수배전반(150)은 측정값을 자동 기록하고, 데이터를 집계하여 사용량을 기록하는 기능도 가질 수 있다.
제2스위치(160)는 수배전반(150)과 그리드(170) 사이에 교류 선로에 연결될 수 있다. 제2스위치(160)는 고전류를 단속할 수 있는 릴레이를 포함할 수 있다. 제2스위치(160)는 태양광 모니터링부(180)의 제어 신호에 의해 턴온/턴오프될 수 있다. 일부 예들에서, 태양광 모니터링부(180)는 센싱된 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기 및/또는 아크 데이터가 기준 데이터 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 제2스위치(160)를 트립 신호로 턴오프할 수 있다.
태양광 모니터링부(180)는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(140), 수배전반(150) 및 그리드(170)를 모니터링할 뿐만 아니라, 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(140) 및/또는 수배전반(150)의 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기 및/또는 아크를 센서부를 이용하여 센싱하고, 내장된 알고리즘/프로그램으로 이를 처리하여 이상 상태를 판단한다. 일예로, 제1이상 상태(이상 전압, 이상 전류, 이상 온도, 이상 결로, 이상 누전, 이상 진동)로 판단되면, 태양광 모니터링부(180)가 제1스위치(120) 및 제2스위치(160)를 동시에 또는 순차적으로 턴오프하고, 제2이상 상태(연기 발생, 화재 발생)로 판단되면, 태양광 모니터링부(180)가 제1,2스위치(120,160)을 턴오프할 뿐만 아니라 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(140) 및/또는 수배전반(150)에 설치된 소화부를 동작시킬 수 있다.
이와 같이, 태양광 모니터링부(180)는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(140) 및/또는 수배전반(150)이 제1이상 상태로 판단되면, 제1스위치(120) 및/또는 제2스위치(160)를 턴오프할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(140) 및/또는 수배전반(150)의 화재 발생등을 미연에 방지하거나 화재가 확장되는 현상을 방지할 수 있다. 더욱이, 태양광 모니터링부(180)는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(140) 및/또는 수배전반(150)이 제2이상 상태로 판단되면, 제1스위치(120) 및/또는 제2스위치(160)를 턴오프할 뿐만 아니라 소화부를 동작시켜 화재를 진압할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(140) 및/또는 수배전반(150)의 화재를 신속히 진압할 수 있다.
일부 예들에서, 태양광 모니터링부(180)는 그리드(170)에 정전이 발생하였는지 여부 또는 지락 고장이 발생하였는지 여부, 태양광 발전 모듈(110)에서 전력이 발전되는지 여부, 태양광 발전 모듈(110)에서 전력을 발전하는 경우 그 발전량, 에너지 저장 시스템의 충전 상태, 전기/전자 제품의 소비 전력량, 타임 등을 모니터링 할 수 있다. 또한 태양광 모니터링부(180)는, 예를 들어 그리드(170)에 정전이 발생하는 등, 전기/전자 제품으로 공급할 전력이 충분하지 않은 경우에는 전기/전자 제품에 대하여 우선 순위를 정하고, 우선 순위가 높은 전력 사용 기기로 전력을 공급하도록 전기/전자 제품을 제어할 수도 있다.
일부 예들에서, 태양광 모니티링부(180)는 그리드(170)에서 지락 또는 정전이 발생한 경우, 제2스위치(160)를 턴오프 상태로 하고 제1스위치(120)를 턴온 상태로 한다. 즉, 태양광 발전 모듈(110) 및/또는 에너지 저장 시스템으로부터의 전력을 전기/전자 제품에 공급하는 동시에, 전기/전자 제품으로 공급되는 전력이 그리드(170)로 흐르는 것을 방지한다. 태양광 발전 모듈(110) 등이 지락 고장 또는 정전이 발생한 그리드(170)와 단절되어 그리드(170)로 전력을 공급하는 것을 방지한다. 이로 인하여 그리드(170)의 전력선 등에서 작업하는, 예를 들어 그리드(170)의 정전을 수리하는 인부가 태양광 발전 모듈(110)로부터의 전력에 의하여 감전되는 등의 사고를 방지할 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 태양광 모니터링부(180)가 인터넷망(201)을 통하여 중앙 관리 서버(202) 및 모바일 단말기(203)에 연결된 구성을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 태양광 모니터링부(180)은 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기, 아크, 제1,2스위치(120,160)의 턴오프 여부 및 소화부의 동작 여부에 대한 정보를 인터넷망(201)을 통하여 서버(202) 및 모바일 단말기(203)에 전송할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템(100)은 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(140) 및/또는 수배전반(150)에 각각 설치된 센서부(190)를 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 도2a에는 하나의 센서부(190)만이 도시되어 있다.
일부 예들에서, 센서부(190)는 각각 전압 센서(191), 전류 센서(192), 온도 센서(193), 결로 센서(194), 누전 센서(195), 지진 센서(196), 연기 센서(197) 및/또는 아크 센서(198)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 센서부(190)는 범용 통신선을 통하여 태양광 모니터링부(180)에 연결될 수 있다. 다르게 설명하면, 전압 센서(191), 전류 센서(192), 온도 센서(193), 결로 센서(194), 누전 센서(195), 지진 센서(196), 연기 센서(197) 및/또는 아크 센서(198)는 범용 통신선을 통하여 태양광 모니터링부(180)에 연결될 수 있다.
일부 예들에서, 센서부(190)는 추가적으로 하드 와이어를 통해 제1스위치(130) 및 제2스위치(170)에 직접 연결될 수 있다. 다르게 설명하면, 센서부(190)는 제1하드 와이어를 통해 제1스위치(130)에 직접 연결될 수 있고, 제2하드 와이어를 통해 제2스위치(170)에 직접 연결될 수 있다. 더불어, 태양광 모니터링부(180)는 범용 통신선을 통해 제1스위치(130) 및 제2스위치(170)에 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서 센서부(190)의 센싱 신호가 통신선을 통해 태양광 모니터링부(180)에 전송되면, 태양광 모니터링부(180)는 내부 알고리즘/프로그램에 따라 센싱 신호를 처리하고, 이어서 태양광 모니터링부(180)는 통신선을 통해 제어 신호(턴온 또는 턴오프 신호)를 제1스위치(130) 및 제2스위치(170)에 전송할 수 있으며, 추가적으로 센서부(190)의 센싱 신호(로우 레벨 또는 하이 레벨 신호)는 제1,2하드 와이어를 통해 태양광 모니터링부(180)를 통하지 않고 직접 제1스위치(130) 및 제2스위치(170)에 전송할 수 있다.
따라서, 제1스위치(130) 및 제2스위치(170)는 통신선 또는 하드 와이어로부터 전송된 적어도 어느 하나의 전기적 신호에 의해 응답하여 동작할 수 있고, 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 이상 상태의 차단을 보다 빨리 수행할 수 있다.
일부 예들에서, 전압 센서(191), 전류 센서(192), 온도 센서(193), 결로 센서(194), 누전 센서(195), 지진 센서(196), 연기 센서(197) 및/또는 아크 센서(198)는 센싱 정보를 통신선을 통해 태양광 모니터링부(180)에 전송하고, 이에 따라 태양광 모니터링부(180)는 통신선을 통해 제1스위치(120) 및/또는 제2스위치(160)의 턴온/턴오프 상태를 제어한다.
일부 예들에서, 전압 센서(191), 전류 센서(192), 온도 센서(193), 결로 센서(194), 누전 센서(195), 지진 센서(196), 연기 센서(197) 및/또는 아크 센서(198)는 센싱 정보를 하드 와이어를 통해 제1스위치(120) 및/또는 제2스위치(160)에 직접 전송하여 턴오프되도록 한다.
일부 예들에서, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(140) 및/또는 수배전반(150)에 각각 설치된 소화부(199)를 더 포함하고, 이미 화재가 발생된 것으로 판단될 경우, 태양광 모니터링부(180)가 소화부(199)를 동작시켜 화재가 진압되도록 한다.
일부 예들에서, 센서부(190)중 연기 센서(197) 및/또는 아크 센서(198)는 제3하드 와이어를 통해 소화부(199)에 직접 연결될 수 있다. 따라서, 소화부(199)는 태양광 모니터링부(180)로부터 통신선을 통해 전송된 제어 신호에 의해 동작하거나 또는 제3하드 와이어를 통해 전송된 전기적 신호에 의해 동작할 수 있다.
또한, 태양광 모니터링부(180)는 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기, 아크, 제1,2스위치(120,160)의 턴오프 여부 및/또는 소화부(199)의 동작 여부를 인터넷망(201)을 통해 서버(202) 및/또는 모바일 단말기(203)에 전송할 수 있다.
일부 예들에서, 태양광 모니터링부(180)는 전압 센서(191)에 의한 전압이 제1설정값(예를 들면, 0V 또는 0V에 근접한 전압이거나, 또는 MPPT 점이 아닌 비정상적인 전압값, 또는 급격한 전압 변화량(기울기)이 제1설정값으로 미리 설정될 수 있음)으로 센싱되고(예를 들면, 전력 반도체의 파손 시 순간적으로 전압이 변화하며, 이를 센싱할 수 있음), 전류 센서(192)에 의한 전류가 제2설정값(예를 들면, 최대 전류값 또는 최대 전류값에 근접한 전류)으로 센싱될 때 고장 전류가 발생된 것으로 판단하여, 제1스위치(120) 및/또는 제2스위치(160)를 제어 신호로 턴오프할 수 있다.
일부 예들에서, 누전 센서(195)는 태양광 발전 모듈(110)과 제1스위치(120)를 연결하는 직류 선로, 제1스위치(120)와 접속반(130)을 연결하는 직류 선로, 접속반(130)과 인버터(140)를 연결하는 직류 선로, 인버터(140)와 수배전반(150)을 연결하는 교류 선로, 수배전반(150)과 제2스위치(160)를 연결하는 교류 선로, 수배전반(150)과 그리드(170)를 연결하는 교류 선로에 각각 설치될 수 있다. 일부 예들에서, 태양광 모니티렁부(180)는 누전 센서(195)에 의한 누설 전류가 제3설정값으로 센싱될 경우, 고장 전류가 발생된 것으로 판단하여, 제1스위치(120) 및/또는 제2스위치(160)를 제어 신호로 턴오프할 수 있다.
온도 센서(193), 결로 센서(194) 및 지진 센서(196)는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(140) 및/또는 수배전반(150)의 온도, 습도(수분), 진동을 센싱하여 태양광 모니터링부(180)에 통신선을 통해 입력하거나 제1스위치(130) 및/또는 제2스위치(170)에 하드 와이어를 통하여 직접 전송한다. 또한, 연기 센서(197) 및 아크 센서(198)는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(140) 및/또는 수배전반(150)의 연기 및 불꽃을 센싱하여 태양광 모니터링부(180)에 통신선을 통해 입력하거나 소화부(199)에 하드 와이어를 통해 직접 전송한다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 태양광 모니터링부(180)는 범용 통신선을 통해 센서부(190)로부터 센싱 신호(예를 들면, 클럭 신호에 동기화되고 암호화된 디지털 신호)를 수신하기 위해 통신 포트(181) 및 디코딩부(182)를 포함할 수 있다. 또한, 태양광 모니터링부(180)는 디코딩된 신호를 처리 하는 제어 유닛(183) 및 제1스위치(130)에 제어 신호(예를 들면, 클럭 신호에 동기화된 전기적 신호)를 전송하기 위한 통신 포트(184)를 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 통신 포트(181)가 센싱 신호를 수신하고, 디코딩부(182)가 센싱 신호를 디코딩한다. 또한, 제어 유닛(183)은 디코딩부(122)로부터 디코딩된 정보를 처리한 후 통신선을 통해 제1스위치(130)에 제어 신호(턴온 또는 턴오프 신호)를 출력할 수 있다.
일부 예들에서, 제1스위치(130)는 전원 공급부(131), 코일(132) 및 스위치(133)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 태양광 모니터링부(180)로부터 제어 신호가 전원 공급부(131)에 통신선을 통해 전송되면 전원 공급부(131)에 의해 코일(132)에 공급되는 전원이 차단되어 스위치(133)가 턴오프될 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
일부 예들에서, 제1스위치(130)는 하드 와이어를 통해 수신된 센싱 신호(예를 들면, 하이 레벨 전압 신호 또는 로우 레벨 전압 신호)에 의해 전원 공급부(131)에 의해 코일(132)에 공급되는 전원이 차단되어 스위치(133)가 턴오프될 수 있다. 물론, 그 반대로 가능하다.
이와 같이 하여, 범용 통신선을 통한 제1스위치(130)의 턴오프 동작 시간보다 하드 와이어를 통한 제1스위치(130)의 턴오프 동작 시간이 상대적으로 더 짧다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 시스템 보호 신호를 하드 와이어 방식으로 전송함으로써, 태양광 발전 시스템(100)을 신속하게 셧 다운시킬 수 있다.
여기서, 비록 제1스위치(130)를 기준으로 하여 구성/동작을 설명하였으나, 제2스위치(170) 및 소화부(199)에도 동일한 구성/동작이 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템(100)중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1스위치(120)에 구비된 전원 공급부(131)와 코일(132)의 사이에는 써멀 퓨즈(134)가 더 연결될 수 있다. 여기서, 써멀 퓨즈(134)는 제1스위치(120)의 내부에 부착되거나 또는 외부에 부착됨으로써, 제1스위치(120)의 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 증가할 경우, 용단될 수 있다(끊어질 수 있다).
일부 예들에서, 써멀 퓨즈(134)는 제1리드(134a), 제2리드(134b) 및 바디(134c)를 포함할 수 있다. 제1리드(134a)와 제2리드(134b)는 바디(134c)의 양측으로 돌출되어 있다. 제1리드(134a)는 전원 공급부(131)에 연결되고 제2리드(134b)는 코일(132)에 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 써멀 퓨즈(134)의 바디(134c)는 써멀 그리스(thermal grease)와 같은 열전달 접착 재료를 통해 제1스위치(120)에 부착될 수 있다. 또한, 써멀 퓨즈(134)의 바디(134c)의 표면에는 실리콘 등의 코팅 물질이 도포되어, 써멀 퓨즈(134)의 바디(134c)를 제1스위치(120)에 보다 안정적으로 부착하는 동시에 써멀 퓨즈(134)를 보호할 수 있다.
상기 써멀 퓨즈(134)의 바디(134c)는 제1스위치(120)의 내부나 외부에 직접 부착되어 있으므로, 제1스위치(120)에서 발생되는 열을 감지할 수 있다. 일부 예들에서, 제1스위치(120)의 온도가 미리 설정된 기준 온도 이상으로 올라가면, 써멀 퓨즈(134)는 끊어질 수 있다. 일부 예에서, 제1스위치(120)의 내부 단락 등에 의한 고장 시, 제1스위치(120)에서는 열이 발생될 수 있다. 이 때, 상기 써멀 퓨즈(134)는 제1스위치(120)에서 발생되는 열에 의해 오픈될 수 있다.
일부 예들에서, 써멀 퓨즈(134)는 태양광 모니터링부(180)에 통신선을 통해 연결됨으로써, 현재 연결된 상태인지 끊어진 상태인지를 태양광 모니터링부(180)가 감지할 수 있다. 일부 예들에서, 써멀 퓨즈(134)가 끊어지고 이에 따라 제1스위치(120)가 턴오프될 경우, 이러한 상태를 써멀 퓨즈(134)가 태양광 모니터링부(180)에 전송할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에서는 센서부 및/또는 태양광 모니터링부로부터 하드 와이어 및/또는 통신선을 통한 스위치의 턴 오프에 연관된 신호 전송 전에도 스위치의 온도가 기준 온도보다 높게 되면 자체적으로 스위치가 턴오프됨으로써, 태양광 발전 시스템(100)의 신뢰도가 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템(100)중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 다수의 태양광 발전 모듈(110_1,...110_n), 다수의 제1스위치(120_1,..., 120_n), 접속반(130), 태양광 모니터링부(180) 및 인버터(140)를 포함할 수 있다.
다수의 태양광 발전 모듈(110_1,...110_n)은 직류 선로(전력선)를 통해 접속반(130)에 병렬로 연결될 수 있다. 여기서, 태양광 발전 모듈(110_1,...110_n) 각각은 다수의 태양광 발전 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 다수의 태양광 발전 모듈(110_1,...110_n)은 제1태양광 발전 모듈(110_1) 내지 제n태양광 발전 모듈(110_n)을 포함할 수 있다.
다수의 태양광 발전 모듈(110_1,...110_n) 각각에는 태양광 발전 모듈(110)을 접속반(130)에 연결시키거나 차단하는 다수의 제1스위치(120_1,...,120_n)가 연결될 수 있다. 즉, 제1스위치(120)의 수는 태양광 발전 모듈(110)의 수와 동일하다. 다수의 제1스위치(120_1,...,120_n)는 제1 제1스위치(120_1) 내지 제n 제1스위치(120_n)를 포함할 수 있다.
한편, 태양광 발전 모듈(110)과 제1스위치(120)의 사이의 직류 선로(전력선) 각각에는 다수의 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)가 설치될 수 있다. 일부 예들에서, 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)는 태양광 발전 모듈(110)에 내장되거나 또는 제1스위치(120)에 내장될 수 있다. 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)는 태양광 발전 모듈(110)에 흐르는 전류값과 전류 방향을 측정하여, 태양광 모니터링부(180)에 전송할 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)는 션트 저항을 포함할 수 있다. 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)는 접속반(130)의 마이너스 단자에서 태양광 발전 모듈(110)의 마이너스 단자로 흐르는 방향, 또는 태양광 발전 모듈(110)의 마이너스 단자에서 접속반(130)의 마이너스 단자로 흐르는 방향을 센싱할 수 있다. 또한, 본 발명에서 다수의 제1스위치(120_1,...,120_n)는 접속반(130)에 병렬로 연결될 수 있다.
접속반(130)은 다수의 제1스위치(120_1,...,120_n)에 전기적으로 연결된다. 또한, 접속반(130)은 다수의 태양광 발전 모듈(110_1,...110_n)을 하나의 접속점으로 묶는 역할을 한다. 예를 들어, 다수의 제1스위치(120_1,...,120_n)의 각각의 플러스 단자는 접속반(130)의 플러스 단자에 모두 전기적으로 연결되고, 다수의 제1스위치(120_1,...,120_n)의 각각의 마이너스 단자는 접속반(130)의 마이너스 단자에 모두 전기적으로 연결될 수 있다.
접속반(130)은 접속 전류 센서(Sm)를 포함할 수 있다. 접속 전류 센서(Sm)는 접속반(130)에 흐르는 전류값과 전류 방향을 측정하여, 태양광 모니터링부(180)에 전송할 수 있다. 예를 들어, 접속 전류 센서(Sm)는 션트 저항을 포함할 수 있다. 접속 전류 센서(Sm)는 접속반(130)의 마이너스 단자에서 인버터(140)의 마이너스 단자로 흐르는 방향 또는 인버터(140)의 마이너스 단자에서 접속반(130)의 마이너스 단자로 흐르는 방향을 센싱할 수 있다. 일부 예들에서, 접속 전류 센서(Sm)는 접속반(130)에 내장되거나 또는 접속반(130)과 인버터(140)의 사이에 설치될 수 있다.
태양광 모니터링부(180)는 다수의 태양광 발전 모듈(110_1,...110_n)과 접속반(130) 사이의 내부 단락(또는 이상 상태)을 판단할 수 있다. 구체적으로, 태양광 모니터링부(180)는 각각의 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)로부터 센싱된 전류값과 접속반(130)의 접속 전류 센서(Sm)로부터 센싱된 전류값을 전달받아, 내부 단락 여부를 판단할 수 있다. 이를 위해, 태양광 모니터링부(180)는 반전부(185), 합산부(186), 판단부(187) 및 스위치 구동부(188)를 포함할 수 있다. 반전부(185)는 접속 전류 센서(Sm)로부터 센싱된 전류값을 반전시켜(부호 또는 방향이 반대인 전류값) 합산부(186)에 전달한다. 합산부(186)는 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)로부터 센싱된 전류값 및 접속 전류 센서(Sm)로부터 센싱된 전류값(부호 또는 방향이 반대인 전류값)을 합산한다.
주지된 바와같이, 분기점에 입력된 전류와 분기점으로부터 출력된 전류는 같다라는 키르히호프의 법칙에 따라, 기본적으로 접속반(130)에 입력된 전류와 접속반(130)으로부터 출력된 전류(방향이 반대로 반전됨)를 합산부(186)에서 합치면 0이 되어야 한다.
따라서, 태양광 모니터링부(180)는 각각의 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)로부터 센싱된 전류값과 접속 전류 센서(Sm)로부터 센싱된 전류값을 합산부(186)에서 합산하여 단락 유무를 판단부(187)에서 판단할 수 있다.
일부 예에서, 태양광 모니터링부(180)는 합산부(186)에 의해 각각의 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)에서 센싱된 전류값들과 접속 전류 센서(Sm)에서 센싱된 전류값의 합이 0이면, 접속반(130)을 기준으로 양측의 전류 벡터가 평행을 이루는 것이므로 정상 상태인 것으로 판단부(187)가 판단할 수 있다. 또한, 태양광 모니터링부(180)는 합산부(186)에 의해 각각의 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)에서 센싱된 전류값들과 접속 전류 센서(Sm)에서 센싱된 전류값의 합이 0이 아니면, 전류 벡터가 한쪽 방향으로 치우쳐진 것이므로 어딘가에서 내부 단락이 발생한 것으로 판단부(187)에서 판단할 수 있다. 이에 따라, 태양광 모니터링부(180)는 스위치 구동부(188)를 동작시켜 해당 제1스위치(120)를 턴오프할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 내부 단락을 판단할 수 있는 태양광 모니터링부(180)를 구비하여 일시적인 온도 변화나 서지 등과 같은 외란과 단락 사고를 구분할 수 있고, 단락과 과전류 간의 비보호 영역을 줄여서 각 기능간의 보호 협조가 이루어지도록 한다. 이에 따라, 본 발명은 태양광 발전 시스템(100)의 가동 시간을 늘려서 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)의 정상 상태 및 이상 상태(단락)를 도시한 블럭도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하여, 제1 태양광 발전 모듈(110)과 접속반(130) 사이에서 단락 사고가 발생했을 때 태양광 모니터링부(180)가 단락 여부를 판단하는 방법에 대해서 설명하기로 한다. 제1 태양광 발전 모듈(110)과 접속반(130) 사이에 단락 사고가 발생하면, 제1태양광 발전 모듈(110)에 흐르는 전류(I1)는 단락 지점으로 흐른다. 이때, 제1태양광 발전 모듈(110)의 전류 방향은 단락 이전과 동일한 방향으로 흐른다. 또한, 단락이 발생하지 않은 나머지 제2태양광 발전 모듈(110) 내지 제n태양광 발전 모듈(110)의 전류 방향은 단락 이전과 동일한 방향으로 흐른다. 반면, 접속반(130)에 흐르는 전류(Ic)는 단락 지점으로 흐르게 되어 단락 이전과 반대 방향으로 흐르게 된다. 태양광 모니터링부(180)는 각각의 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)에서 센싱된 전류값과 접속 전류 센서(Sm)에서 센싱된 전류값을 전달 받는다. 이때, 접속 전류 센서(Sm)에서 센싱된 전류는 단락 이전과 방향이 바뀌어 센싱된다. 따라서, 태양광 모니터링부(180)의 합산부(186)에서 합산된 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)에서 센싱된 전류값과 접속 전류 센서(Sm)에서 센싱된 전류값의 합이 0이 아니므로, 태양광 모니터링부(180)는 내부 단락이 발생한 것으로 판단한다.
한편, 태양광 모니터링부(180)는 스위치 구동부(188)를 동작시켜 제1스위치(120)를 턴오프함으로써, 태양광 발전 모듈(110)을 전체 태양광 발전 시스템(100)으로부터 분리할 수 있다. 일부 예들에서, 태양광 모니터링부(180)는 각각의 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)에서 센싱된 전류값을 비교하여, 예를 들면, 가장 큰 전류값을 갖는 제1태양광 발전 모듈(110_1)에서 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 태양광 모니터링부(180)는 제1태양광 발전 모듈(110_1)에 대응한 제1스위치(120_1)를 턴오프할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)의 동작을 도시한 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)의 동작 방법은 모듈 전류 센싱 및 접속반 전류 센싱 단계(S61)와, 접속반 전류 반전 단계(S62)와, 모듈 전류와 접속반 전류 합산 단계(S63)와, 전류 합산 값이 0인지 판단하는 단계(S64)와, 정상 판단 단계(S65)와, 비정상 판단 단계(S66)와, 모듈 전류 검색 단계(S67)와, 스위치 턴오프 단계(S68)를 포함할 수 있다.
모듈 전류 센싱 및 접속반 전류 센싱 단계(S61)에서, 태양광 모니터링부(180)는 다수의 태양광 발전 모듈(110)에 설치된 각 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)로부터 전류(전류값 및 전류 방향)를 센싱하고, 또한 접속반(130)에 설치된 접속 전류 센서(Sm)로부터 전류(전류값 및 전류 방향)를 센싱한다.
접속반 전류 반전 단계(S62)에서, 태양광 모니터링부(180)의 반전부(185)를 통하여 접속 전류 센서(Sm)로부터 센싱된 전류를 반전시킨다. 즉, 반전부(185)를 통하여 접속 전류 센서(Sm)로부터의 전류 방향(또는 부호)이 반대가 되도록 한다.
모듈 전류와 접속반 전류 합산 단계(S63)에서, 태양광 모니터링부(180)의 합산부(186)를 통하여 각 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)로부터 센싱된 전류값과 반전부(185)를 통해 반전된 접속 전류 센서(Sm)로부터의 전류값을 합산한다.
전류 합산 값이 0인지 판단하는 단계(S64)에서, 태양광 모니터링부(180)의 판단부(187)를 통하여 합산된 전류값이 0인지 판단한다. 기본적으로, 키르히호프의 법칙에 따라 다수의 모듈 전류 센서(S1)로부터 센싱된 전류와 접속 전류 센서(Sm)로부터 센싱된 전류의 합은 0일 것이다(방향이 반대). 그러나, 적어도 하나의 태양광 발전 모듈(110)과 접속반(130) 사이의 전력선에 단락이 있다면, 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)의 전류값과 접속 전류 센서(Sm)의 전류값의 합은 0이 아닐 것이다.
정상 판단 단계(S65)에서, 태양광 모니터링부(180)는 판단부(187)를 통하여 전류 합이 0일 경우 정상 상태(단락이 되지 않은 상태)로 판단하고, 스위치(S1,...,Sn)의 턴온 상태를 계속 유지한다.
비정상 판단 단계(S66)에서, 태양광 모니터링부(180)는 판단부(187)를 통하여 전류 합이 0이 아닐 경우 비정상 상태(단락이 있는 상태)로 판단하고, 특정 스위치를 턴오프할 준비를 한다.
모듈 전류 검색 단계(S67)에서, 태양광 모니터링부(180)는 각 태양광 발전 모듈(110)에 설치된 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)로부터 센싱된 전류값중 가장 큰 전류값을 갖는 태양광 발전 모듈(110_1,....,110_n) 및 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)을 검색하여 특정한다.
스위치 턴오프 단계(S68)에서, 태양광 모니터링부(180)는 스위치 구동부(188)를 통하여 대응하는 스위치(120)를 턴오프하도록 한다. 일례로, 제1태양광 발전 모듈(110_1)에 설치된 모듈 전류 센서(S1)로부터 센싱된 전류가 가장 클 경우, 제1태양광 발전 모듈(110_1)에 대응하는 제1 제1스위치(120_1)를 턴오프하도록 제어한다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시 예는 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기 및 아크 등의 이상 상태 센싱 신호를 태양광 모니터링부(180)에 통신선을 통하여 전송할 뿐만 아니라 하드 와이어를 이용하여 스위치(133)부에 직접 전송하여, 스위치(133)부가 통신선 또는 하드 와이어에 의해 이중으로 동작되도록 함으로써, 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템(100)을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예는 스위치(133)에 써멀 퓨즈(134)를 부착하되, 스위치(133)를 구동시키는 전원 공급 라인 사이에 써멀 퓨즈(134)를 연결하여, 스위치(133)의 온도가 기준 온도보다 높아지면 스위치(133)가 자동적으로 턴오프되도록 함으로써, 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템(100)을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예는 태양광 모듈과 접속반(130) 사이의 전력 케이블이 단락되었을 경우 이를 빠르게 검출하고, 단락된 태양광 모듈에 대응하는 스위치(133)를 신속하게 턴오프하여 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템(100)을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 태양광 발전 시스템 110; 태양광 발전 모듈
120; 제1스위치 130; 접속반
131; 전원 공급부 132; 코일
133; 스위치 134; 써멀 퓨즈
140; 인버터 150; 수배전반
160; 제2스위치 170; 그리드
180; 태양광 모니터링부 181,184; 통신 포트
182; 디코딩부 183; 제어 유닛
185; 반전부 186; 합산부
187; 판단부 188; 스위치 구동부
190; 센서부 S1,...,Sn; 모듈 전류 센서
Sm; 접속반 전류 센서 191; 전압 센서
192; 전류 센서 193; 온도 센서
194; 결로 센서 195; 누전 센서
196; 지진 센서 197; 연기 센서
198; 아크 센서 199; 소화부
201; 인터넷망 202; 서버
203; 모바일 단말기
120; 제1스위치 130; 접속반
131; 전원 공급부 132; 코일
133; 스위치 134; 써멀 퓨즈
140; 인버터 150; 수배전반
160; 제2스위치 170; 그리드
180; 태양광 모니터링부 181,184; 통신 포트
182; 디코딩부 183; 제어 유닛
185; 반전부 186; 합산부
187; 판단부 188; 스위치 구동부
190; 센서부 S1,...,Sn; 모듈 전류 센서
Sm; 접속반 전류 센서 191; 전압 센서
192; 전류 센서 193; 온도 센서
194; 결로 센서 195; 누전 센서
196; 지진 센서 197; 연기 센서
198; 아크 센서 199; 소화부
201; 인터넷망 202; 서버
203; 모바일 단말기
Claims (9)
- 태양광 발전 모듈;
태양광 발전 모듈에 전기적으로 연결된 접속반;
접속반에 전기적으로 연결된 인버터;
인버터와 그리드 사이에 전기적으로 연결된 수배전반;
태양광 발전 모듈과 접속반 사이에 전기적으로 연결된 제1스위치;
수배전반과 그리드 사이에 전기적으로 연결된 제2스위치; 및
태양광 발전 모듈, 접속반, 인버터 및 수배전반의 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기 및 아크를 센싱하고, 센싱된 신호를 제1통신선으로 입력받아 센싱된 신호가 이상 상태로 판단될 경우 턴오프 신호를 제2통신선을 통해 제1,2스위치에 전송하는 태양광 모니터링부를 포함하고, 이와 동시에 센싱된 신호를 태양광 모니터링부를 통하지 않고 하드 와이어를 통해 제1,2스위치에 직접 전송하여 제1,2스위치가 턴오프되도록 하며,
태양광 발전 모듈은 다수개이고, 다수의 태양광 발전 모듈은 접속반에 전력선을 통하여 병렬로 연결되며, 다수의 태양광 발전 모듈과 접속반 사이의 전력선에 설치된 다수의 모듈 전류 센서가 구비되고, 접속반과 인버터 사이의 전력선에 설치된 하나의 접속 전류 센서가 구비되며,
태양광 모니터링부는 하나의 접속 전류 센서로부터 센싱된 전류값을 반전시키는 반전부와, 다수의 모듈 센서로부터 센싱된 전류값과 반전부를 통해 반전된 전류값을 합산하는 합산부와, 합산부를 통해 합산된 전류값이 0인지 판단하여 0일 경우 정상 상태로 판단하고 0이 아닐 경우 비정상 상태로 판단하는 판단부를 포함하는, 태양광 발전 시스템. - 제 1 항에 있어서,
태양광 발전 모듈, 접속반, 인버터 및 수배전반은 각각 센서부를 포함하되, 센서부는 전압 센서, 전류 센서, 온도 센서, 결로 센서, 누전 센서, 지진 센서, 연기 센서 및 아크 센서를 포함하는, 태양광 발전 시스템. - 제 2 항에 있어서,
태양광 발전 모듈, 접속반, 인버터 및 수배전반은 각각 소화부를 더 포함하되, 태양광 모니터링부는 연기 및 아크를 센싱하고, 센싱된 신호를 제1통신선으로 입력받아 센싱된 신호가 이상 상태로 판단될 경우 소화부 동작 신호를 제2통신선을 통해 소화부에 전송하고, 센싱된 신호를 하드 와이어를 통해 소화부에 직접 전송하여 소화부가 동작되도록 하는, 태양광 발전 시스템. - 제 2 항에 있어서,
제1,2스위치부는 전원 공급부, 전원 공급부에 연결된 코일, 코일에 전원이 공급될 경우 턴온되는 스위치를 포함하고, 전원 공급부에는 제2통신선 및 하드 와이어가 연결된, 태양광 발전 시스템. - 제 3 항에 있어서,
인터넷망, 서버 및 모바일 단말기를 더 포함하고,
태양광 모니터링부는 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기 및 아크에 대한 데이터, 제1,2스위치의 턴오프 정보 및 소화부의 동작 정보를 인터넷망을 통하여 서버 및 모바일 단말기에 전송하는, 태양광 발전 시스템. - 제 4 항에 있어서,
제1,2스위치의 전원 공급부와 코일의 사이에 써멀 퓨즈가 연결되고, 써멀 퓨즈는 제1,2스위치의 온도가 기준 온도보다 높을 경우 끊어짐으로써 전원 공급부의 전원이 코일에 공급되지 않도록 하는, 태양광 발전 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
다수의 태양광 발전 모듈과 접속반 사이의 각 전력선에 제1스위치가 각각 설치되고, 태양광 모니터링부는 합산된 전류값이 0이 아닐 경우 제1스위치를 턴오프시키는 스위치 구동부를 포함하는, 태양광 발전 시스템. - 제 8 항에 있어서,
태양광 모니터링부는 다수의 모듈 전류 센서중에서 가장 큰 전류값을 센싱하고 있는 모듈 전류 센서가 설치된 태양광 발전 모듈을 검색하고,
가장 큰 전류값을 센싱하고 있는 모듈 전류 센서가 설치된 태양광 발전 모듈에 연결된 제1스위치를 스위치 구동부를 통하여 턴오프하는, 태양광 발전 시스템.
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| KR1020200148934A KR102228090B1 (ko) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | 이상 상태의 신속한 차단이 가능한 태양광 발전 시스템 |
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