KR102229278B1 - 그룹화 관리 및 차단기 이원화가 가능한 태양광 발전 시스템 - Google Patents

그룹화 관리 및 차단기 이원화가 가능한 태양광 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예는 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 태양광 모듈의 설치 위치나 배치에 따라 서로 다른 발전량을 갖더라도 이를 정상으로 인식할 수 있도록 태양광 모듈을 그룹으로 모니터링하며, 스위치를 각 모듈 그룹별로 온오프하는 스위치와 전체 접속반과 인버터 사이에 연결된 메인 배선을 온오프하는 스위치를 이중 관리할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공하는 데 있다. 일례로, 본 발명의 실시 예는 설치 위치별 또는 미리 정해진 개수 단위로 나뉘어져 그룹화되고, 그룹화된 태양광 발전 모듈의 발전 전압을 동일한 최대효율전압으로 변환하는 전압 변환부를 각 그룹별로 포함하는 다수의 태양광 발전 모듈 그룹, 태양광 발전 모듈과 접속반 사이의 각각의 배선 선로에 각각 전기적으로 연결된 개별 배선 스위치, 접속반과 인버터 사이 또는 인버터와 수배전반 사이에 전기적으로 연결된 메인 스위치 및 태양광 발전 모듈 그룹의 각 그룹별 태양광 발전 모듈, 접속반, 인버터 및 수배전반의 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기 및 아크를 센싱하고, 센싱된 신호를 바탕으로 센싱된 신호가 이상 상태로 판단될 경우 턴오프 신호를 대응하는 개별 배선 스위치 및 메인 스위치에 전송하는, 태양광 모니터링부를 포함한다.

Description

그룹화 관리 및 차단기 이원화가 가능한 태양광 발전 시스템{Solar power system capable of grouping management and circuit breaker dualization}
본 발명의 실시 예는 태양광 모듈을 그룹화하여 관리하고 차단기를 이원화하여 제어할 수 있는 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.
하지만, 태양광 모듈은 설치 위치마다 일사량이 동일하지 않기 때문에 발전량도 동일할 수 없다. 그늘이 많이 지는 곳에서 설치된 태양광 모듈은 그늘이 없는 곳에 설치된 태양광 모듈모다 더 적은 발전량을 제공할 것이다. 또한, 태양광 모듈을 모든 위치에 한꺼번에 설치하지 않고 차례대로 시기의 차이를 두어 설치하는 경우에는, 설치 모듈마다 제작사가 달라질 수 있고 동일한 일사량에서도 발전량이 다른 경우가 존재할 수 있다.
마찬가지로, 태양광의 설치 위치에 따라 설치 각도가 다를 수 밖에 없고 이에 따른 발전량이 달라진다.
그리고 여러 지역에 설치된 태양광 발전 시스템을 하나의 모니터링 서버에서 관리하고자 하는 경우, 즉 A 라는 건물 옥상에 설치된 태양광 발전 모듈과 B 라는 건물 외벽에 설치된 태양광 발전 모듈을 하나의 모니터링 서버에서 관리를 하는 경우에는, 두 위치에 설치된 태양광 발전 모듈들을 서로 태양광 발전 모듈 당 평균 일사량과 발전량이 달라지게 된다.
또한, 동일한 위치에 설된 태양광 발전 모듈들도 이웃한 태양광 발전 모듈과 상대적으로 서로 떨어진 발전 모듈은 건물이나 나무의 그늘, 접속반까지의 배선 길이 등 여러 환경 요인에 따라 발전량이나 전달되는 전압이 달라지게 된다.
기존에는 이러한 태양관 발전 모듈의 설치 위치별 차이에도 불구하고 하나의 모니터링 서버에서 동일하게 관리해왔던 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 태양광 모듈의 설치 위치나 배치에 따라 서로 다른 발전량을 갖더라도 이를 정상으로 인식할 수 있도록 태양광 모듈을 그룹으로 모니터링하며, 스위치를 각 모듈 그룹별로 온오프하는 스위치와 전체 접속반과 인버터 사이에 연결된 메인 배선을 온오프하는 스위치를 이중 관리할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 접속반의 각 배선 상에 있는 다이오드의 병렬 연결을 통해 안정적인 전류 공급을 수행할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 개별 배선 선로로부터의 신호를 센싱하는 것 이외에 접속반 중 적어도 일부를 감시할 수 있는 감지부를 통해 접속반에서 발생하는 위험 신호를 감지할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명이 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 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양관 발전 시스템은, 설치 위치별 또는 미리 정해진 개수 단위로 나뉘어져 그룹화되고, 그룹화된 태양광 발전 모듈의 발전 전압을 동일한 최대효율전압으로 변환하는 전압 변환부를 각 그룹별로 포함하는 다수의 태양광 발전 모듈 그룹; 상기 태양광 발전 모듈 그룹과 전기적으로 연결된 접속반; 상기 접속반에 전기적으로 연결된 인버터; 상기 인버터와 그리드 사이에 전기적으로 연결된 수배전반; 상기 태양광 발전 모듈과 상기 접속반 사이의 각각의 배선 선로에 각각 전기적으로 연결된 개별 배선 스위치; 상기 접속반과 상기 인버터 사이 또는 상기 인버터와 수배전반 사이에 전기적으로 연결된 메인 스위치; 및 상기 태양광 발전 모듈 그룹의 각 그룹별 태양광 발전 모듈, 접속반, 인버터, 수배전반 중적어도 하나에서 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기, 아크 중 적어도 하나를 센싱하고, 센싱된 신호를 바탕으로 센싱된 신호가 이상 상태로 판단될 경우 턴오프 신호를 대응하는 개별 배선 스위치 또는 메인 스위치에 전송하는, 태양광 모니터링부를 포함하고, 상기 태양광 모니터링부는 각 태양광 발전 모듈 그룹별로 순시 일사량을 측정한 일사량 기준값을 획득하고 획득된 일사량 기준값을 통해 추정한 추정 전력값과 미리 정해진 시간 간격으로 상기 태양광 발전 모듈의 각 그룹별 순시 전력값을 비교하여 비교 결과에 따라 각 그룹별 태양광 발전 모듈의 동작 상태 및 열화 상태를 판단하여, 대응하는 개별 배선 스위치로 턴오프 신호를 전송하며, 상기 접속반은, 각 태양광 발전 모듈 그룹 별로 직렬 연결된 입력단자, 상기 메인 스위치의 릴레이와 병렬로 연결 설치된 퓨즈 및 상기 입력단자에서 취합된 전체 전력이 인버터로 원활하게 공급되도록 병렬 연결된 메인 스위치의 릴레이와 퓨즈로 각각 회로를 선택적으로 전환시킬 수 있게 연결 구성된 전환 스위치를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 태양광 모니터링부는, 상기 태양광 발전 모듈 그룹 중 특정 그룹별 태양광 발전 모듈에서 센싱된 신호가 이상 상태로 판단되는 경우 해당 개별 배선 스위치로 턴오프 신호를 전송하고, 상기 태양광 발전 모듈 그룹 중 하나 이상의 특정 태양광 발전 모듈 그룹, 접속반, 인버터, 수배전반 중 적어도 하나에서 센싱된 신호가 이상 상태로 판단되는 경우 메인 스위치로 턴오프 신호를 전송한다.
일 실시예에서, 상기 순시 일사량 기준값은 인가되는 일조량과 온도 및 습도를 포함하는 동일한 발전 조건에서 발전된 발전 전력에 대한 발전 정보값을 단위 시간 동안 설정 주기로 동시 계측하여 설정된다.
일 실시예에서, 상기 접속반의 개별 배선 선로에는 다수의 역류 방지용 다이오드가 병렬로 연결된 다이오드 그룹이 직렬로 설치된다.
일 실시예에서, 상기 접속반은 상기 접속반을 촬영하는 적외선 카메라 또는 열화상 카메라 중 어느 하나를 포함하는 온도감지부를 더 포함하며, 상기 온도 감지부는 상기 접속반 중 적어도 일부 또는 전체를 촬영할 수 있는 위치에 배치되며, 상기 태양광 모니터링부는 상기 온도 감지부에서 촬영된 영상으로부터 각각의 배선 지점 및 소자들의 위치를 기 입력된 위치 정보를 통해 파악하고 해당 위치에서의 온도 변화를 감지한다.
일 실시예에서, 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, 아크 센서, 소화부 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에서, 누전 센서는 태양광 발전 모듈과 접속반을 연결하는 직류 선로, 접속반과 인버터를 연결하는 직류 선로, 인버터와 수배전반을 연결하는 교류 선로, 그리고 수배전반과 그리드를 연결하는 교류 선로에 각각 설치된다.
일 실시예에서, 인터넷망, 서버 및 모바일 단말기를 더 포함하고, 태양광 모니터링부는 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기, 아크 중 적어도 하나에 대한 데이터, 개별 배선 스위치, 메인 스위치의 턴오프 정보 및 소화부의 동작 정보를 인터넷망을 통하여 서버 및 모바일 단말기에 전송한다.
일 실시예에서, 개별 배선 스위치, 메인 스위치의 전원 공급부와 코일의 사이에 상기 퓨즈가 연결되고, 상기 퓨즈는 개별 배선 스위치, 메인 스위치의 온도가 기준 온도보다 높을 경우 끊어짐으로써 전원 공급부의 전원이 코일에 공급되지 않도록 한다.
본 발명의 실시 예는 태양광 모듈의 설치 위이나 배치에 따라 서로 다른 발전량을 갖더라도 이를 정상으로 인식할 수 있도록 태양광 모듈을 그룹으로 모니터링하며, 스위치를 각 모듈 그룹별로 온오프하는 스위치와 전체 접속반과 인버터 사이에 연결된 메인 배선을 온오프하는 스위치를 이중 관리할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
또한 본 발명의 실시 예는 접속반의 각 배선 상에 있는 다이오드의 병렬 연결을 통해 안정적인 전류 공급을 수행할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 해결하고자 하는 과제는 개별 배선 선로로부터의 신호를 센싱하는 것 이외에 접속반 중 적어도 일부를 감시할 수 있는 감지부를 통해 접속반에서 발생하는 위험 신호를 감지할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
또한 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 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)의 전체 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 스위치의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접속반 내부의 개별 선로에 설치된 다이오드의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
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 태양광 발전 시스템(100)의 전체 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 그룹 관리 및 스위치의 이원화 관리가 가능한 태양광 발전 시스템(100)은 태양광 발전 모듈 그룹(110), 개별 배선 스위치(120), 접속반(130), 메인 스위치(140), 인버터(150), 수배전반(160), 그리드(170) 및 태양광 모니터링부(180)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 그룹 관리 및 스위치의 이원화 관리가 가능한 태양광 발전 시스템(100)은, 인터넷망(201), 서버(202) 및 모바일 단말기(203)를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양관 모듈의 그룹 관리 및 스위치의 이원화 관리가 가능한 태양광 발전 시스템(100)은 태양광 발전 모듈 그룹(110)과 개별 배선 스위치(120) 사이에 연결된 에너지 저장 시스템(예를 들면, 컨버터와 배터리를 포함함)을 더 포함할 수 있다.
태양광 발전 모듈 그룹(110)은 발전 전력을 그리드(170)에 공급할 수 있다. 일부 예들에서, 태양광 발전 모듈 그룹(110)은 설치 위치별 또는 미리 정해진 개수 단위로 나뉘어져 그룹화(110_1 내지 110_n)된다. 그리고 태양광 발전 모듈 그룹(110)은 발전 전력을 상술한 에너지 저장 시스템이나 전기/전자 제품에 공급할 수도 있다. 일부 예들에서, 태양광 발전 모듈 그룹(110)은 다수가 구비되고, 이들은 직렬 및/또는 병렬로 개별 배선 스위치(120)를 통해 접속반(130)에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 모듈 그룹(110)은 다수의 태양 전지 모듈의 소집단으로 구성된다. 이러한 소집단은 미리 정해진 개수로 구획되어 그룹지어질 수도 있으며, 설치된 위치나 지역 또는 장소별로 그룹지어질 수도 있을 것이다. 만일 태양광 발전 모듈들이 특정 한 지역에 밀집되어 설치되었다면, 이를 이웃한 태양광 발전 모듈별로 미리 정해진 개수로 구획할 수도 있으며, 여러 설치 위치별로 나눠진 경우에는 설치 위치별로 나눠서 그룹을 구획할 수도 있을 것이다. 이는 설치된 지역 별로 일조량이나 일조 시간이 다를 수 있고, 설치 각도가 상이할 수 있기 때문에 동일한 일조량이나 설치 각도를 태양광 발전 모듈끼리 그룹화할 필요가 있기 때문이다. 즉 태양광 발전 모듈이 설치된 위치, 설치된 각도에 따라 일사량이 달라질 수 있기 때문에 각 그룹별로 추정 일사량 기준값이나 추정 발전량이 달라질 수 있기 때문이다. 예를 들어 건물 옥상이나 외벽에 설치되는 경우, 설치되는 위치 즉, 건물 옥상인지 건물 외벽인지에 따라 설치 각도가 다르고 일조량 일조 시간도 달라질 수 있다. 마찬가지로, 동일한 옥상에 설치되는 경우에도 이웃한 건물에 따라 그늘이 지는 곳이 있을 수 있고 이에 따라 평균 일사량이 달라지게 된다.
즉, 태양광 발전 모듈은 그룹별로 설치된 지역에 따라 일사랑과 발전량이 달라질 수 있기 때문에 그룹화된 태양관 발전 모듈들은 발전된 전력의 전압이 서로 상이할 수 있을 것이다. 인버터로 입력되는 전압이 동일하지 않은 경우에는 효율저하가 발생할 수 있기 때문에, 발전 전력을 접속반으로 전달하기 전에 미리 동일한 전압으로 전환할 필요가 있다. 따라서, 각 태양관 발전 모듈 그룹은 그룹화된 태양광 발전 모듈의 발전 전압을 동일한 최대효율전압으로 변환하는 전압 변환부를 각 그룹별로 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 전압 변환부는 각 태양광 발전 모듈 그룹으로부터 입력된 입력 전압을 검출하고, 인버터의 최대효율전압보다 낮은 전압이 입력되는 지 여부를 검출한다. 그리고 전압 변환부는 최대효율전압보다 낮은 전압이 검출되면 반도체 스위치를 도통시켜 전력을 저장하는 리액터, 반도체 스위치가 차단되는 순간 리액터에 저장된 전력을 충전용 다이오드를 통해 직류 출력부의 전해 콘덴서에 충전되도록 하게 할 수 있다.
개별 배선 스위치(120)는 태양광 발전 모듈 그룹(110)의 각 그룹별 태양광 발전 모듈과 접속반(130) 사이의 직류 선로에 연결될 수 있다. 개별 배선 스위치(120)는 고전류를 단속할 수 있는 릴레이를 포함할 수 있다. 개별 배선 스위치(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, 대응하는 각각의 개별 배선 스위치(120)에 트립 신호를 전송하여 턴오프할 수 있다. 도 1에 도시된 예에서와 같이 개별 배선 스위치(120)는 태양광 발전 모듈 그룹(110)의 제1 모듈 그룹(110_1)과 접속반(130) 사이에 전기적으로 연결된 제1 배선 스위치(120_1), 태양광 발전 모듈 그룹(110)의 제2 모듈 그룹(110_2)과 접속반(130) 사이에 전기적으로 연결된 제2 배선 스위치(120_2), 내지 태양광 발전 모듈 그룹(110)의 제n 모듈 그룹(110_n)과 접속반(130) 사이에 전기적으로 연결된 제n 배선 스위치(120_n)를 포함한다. 이를 통해 본 발명에서는 해당 입력 단자만 끄고 나머지 이상 없는 부분은 계속적으로 발전되도록 하면서 고장이 난 부분만 독립적으로 수리할 수 있는 운영의 효과를 갖는다.
접속반(130)은 다수의 개별 배선 스위치(120)에 직류 선로를 통하여 연결될 수 있다. 일반적으로 직류 링크 전압은 태양광 발전 모듈 그룹(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(150)의 정상 동작을 위하여 안정화되어야 한다. 접속반(130)은 개별 배선 스위치(120)와 인버터(150) 사이에 연결되어 직류 링크 전압을 일정하게 유지시킨다. 접속반(130)은, 예를 들어 2개 이상의 대용량 커패시터 등을 더 포함할 수 있다.
메인 스위치(140)는 접속반(130)과 인버터(150) 사이의 직류 선로에 연결될 수 있다. 메인 스위치(140)는 고전류를 단속할 수 있는 릴레이를 포함할 수 있다. 또한, 메인 스위치는 인버터(150)과 수배전반(160) 사이의 교류 선로에 연결될 수도 있다. 메인 스위치(140)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 판단하면, 메인 스위치(140)를 트립 신호로 턴오프할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 스위치의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2를 참조하면, 접속반(130)은, 각 태양광 발전 모듈 그룹 별(110_1 내지 110_n)로 직렬 연결된 입력단자, 메인 스위치(140)의 릴레이와 병렬로 연결 설치된 퓨즈(F) 및 입력단자에서 취합된 전체 전력이 컨버터(132) 또는 상기 컨버터(132)ㅇ에연결된 인버터(150)에 원활하게 공급되도록 병렬 연결된 메인 스위치(140)의 릴레이(R)와 퓨즈(F)로 각각 회로를 선택적으로 전환시킬 수 있게 연결 구성된 전환 스위치(131)를 포함할 수 있다. 즉 접속반(130)은 다수의 개별 배선 스위치(120_1 내지 120_n)에 연결된 입력 단자를 통해서 입력되는 개별 전력을 취합하여 컨버터(132)로 공급할 시 전체 전력의 전압 및 전류값을 감지하는 센서가 회로에 설치된다. 센서에서 센싱된 신호 값은 태양광 모니터링부(180)으로 전달된다. 접속반(130)에는 취합된 전체 전력을 평소 컨버터(132)로 공급되게 하는 전환 스위치(131)가 설치된다. 전환 스위치(131)에 의해 전체 전력이 퓨즈( F)를 통해서 공급되다가 과전압 및 과전류가 발생되면 퓨즈(F)가 끊어져서 전체 태양광 발전 시스템을 보호할 수 있다.
태양광 모니터링부(180)에서 접속반(130)의 센서에서 센싱된 신호 값을 바탕으로 데이터베이스에 저장된 비교 값과의 비교를 통해 과전압 및 과전류를 감지하게 되면 메인 스위치(140)의 릴레이(R)에서 전력 공급 회로의 전류가 자동으로 끊어지도록 하여 전체 직류 전력이 컨버터(132)로 공급되지 않도록 한다. 이를 통해 과전압 및 과전류에 의해서 접속반(130)의 회로 또는 인버터(150)의 오작동 및 고장을 방지할 수 있다. 태양광 모니터링부(180)에서 접속반(130)의 센서에서 센싱된 신호 값을 통해 정상으로 판단하면 전체 직류 전력이 모두 컨버터(132)로 공급된다. 만일 태양광 모니터링부(180)에서 과전압 및 과전류에 의해 컨버터(132) 및/또는 인버터(150) 의 전력을 차단하는 경우 또는 메인 스위치(140)의 릴레이(R) 오작동 발생 시 이후에도 계속 태양광 발전을 지속하기 위해서 메인 스위치(140)의 릴레이( R) 와 병렬 연결된 퓨즈( F)를 통해서라도 컨버터(132) 및/또는 인버터(150)로 전체 직류 전력이 공급되도록 메인 스위치(140)의 릴레이(R) 또는 퓨즈(F)의 전방에 전체 직류전력의 공급을 메인 스위치(140)의 릴레이( R) 또는 퓨즈( F)로 전력 공급의 방향을 선택할 수 있도록 전환 스위치(131)에 의해 전환을 할 수 있다.
이를 통해 본 발명에서는 각 입력단자의 직류 전력을 취합하여 컨버터로 공급 시 메인 스위치(140)를 사용하여 과전압 및 과전류가 발생되면 릴레이를 거쳐서 컨버터 및/또는 인버터로 공급되던 전력 공급을 차단한 후 퓨즈를 거쳐서 컨버터 및/또는 인버터로 공급되도록 함으로써 태양광 발전이 보다 효율적으로 이루어질 수 있게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접속반 내부의 개별 선로에 설치된 다이오드의 구성을 개략적으로 나타낸다.
본 발명에 따른 접속반(130)에는 개별 배선 선로에 역전압 방지 다이오드(133)가 배치된다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서 역전압 방지 다이오드(133)는 다수의 역류 방지용 다이오드(133_1 내지 133_n)가 병렬로 연결된 다이오드 그룹이 직렬로 설치된다. 이와 같이 같은 규격의 다이오드를 병렬로 연결하면 전류 용량을 증가시킬 수 있으며, 전류가 분산되어 과전류로부터 보호될 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에서는 이러한 다이오드 부(133)에 정류 다이오드를 여러 개 직렬로 연결할 수 있는데, 이와 같이 정류 다이오드를 여러 개 직렬로 연결하여 사용하면 정류기 전체의 역내 전압을 합한 만큼의 높은 전압까지 사용이 가능하게 되어 다이오드를 과전압으로부터 보호할 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 접속반(130)은 접속반을 촬영하는 적외선 카메라 또는 열화상 카메라 중 어느 하나를 포함하는 온도감지부(134)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 온도 감지부(134)는 접속반 중 적어도 일부 또는 전체를 촬영할 수 있는 위치에 배치된다. 이러한 온도 감지부(134)는 접속반(130)에 설치된 다수의 전자부품이나 전기 장치를 한꺼번에 촬영이 가능하다
인버터(150)는 직류 선로를 통하여 접속반(130)에 직접 또는 메인 스위치(140)를 통해 연결될 수 있다. 인버터(150)는 접속반(130)과 수배전반(150) 사이에 연결되는 인버터이다. 인버터(150)는 접속반(130)으로부터 직류 출력 전압을 그리드(170)의 교류 전압으로 변환하는 인버터 유닛을 포함할 수 있다. 태양광 발전 장치가 에너지 저장 시스템을 포함할 경우, 인버터(150)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(150)는 입력과 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 인버터 유닛일 수 있다.
인버터(150)는 그리드(170)로 출력되는 교류 전압에서 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 또한 인버터(150)는 무효 전력 손실을 억제하기 위하여 인버터(150)로부터 출력되는 교류 전압의 위상과 그리드(170)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프(PLL) 회로를 포함할 수 있다. 그 밖에, 인버터(150)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도 현상(transient phenomena)에 대한 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다. 인버터(150)는 사용되지 않을 때, 전력 소비를 최소화하기 위하여 동작을 중지시킬 수도 있다.
다른 실시예들에서, 개별 배선 스위치(120)는 접속반(130)에 내장될 수 있다. 또한 다른 실시예들에서 접속반(130) 및 메인 스위치(140)는 인버터(150)에 내장될 수도 있다.
다른 실시예들에서, 인버터(140)는 전력 변환부를 더 포함할 수 있다. 전력 변환부는 개별 배선 스위치(120), 접속반(130) 및/또는 메인 스위치(140)를 통하여 태양광 발전 모듈 그룹(110)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전력 변환부는 태양광 발전 모듈 그룹(110)에서 발전한 전력을 인버터(140)로 전달할 수 있다. 전력 변환부는 태양광 발전 모듈 그룹(110)의 직류 전력의 전압 레벨을 접속반(130)이나 인버터(150)의 직류 전력의 전압 레벨로 변환하기 위한 컨버터를 포함할 수 있다. 특히 전력 변압부는 일사량, 온도 등의 상태 변화에 다라서 태양광 발전 모듈 그룹(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 그룹(110)에서 발전되는 전력이 없을 때에는 소비 전력을 최소화시키기 위하여 동작을 중지시킬 수도 있다.
수배전반(160)은 교류 선로를 통하여 인버터(150)에 연결될 수 있다. 여기서, 태양광 발전 모듈 그룹(110) 및/또는 그리드(170)(예를 들면, 발전소)에서 생산된 전력을 받는 것을 “수전”이라고 하고, 각각의 수용가에서 필요로 하는 만큼의 전력량을 분배해주는 것을 “배전이라고 한다. 따라서 수배전반(160)은 태양광 발전 모듈 그룹(110) 및/또는 그리드(170)로 생산된 전략을 수용가까지 보내주는 전기 설비와 관련된 기자재(전력기기)를 포함하는 전기용 판넬을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 수배전반(160)은 자체적으로 전력기기의 운전, 정지, 개폐 상태를 표시하고, 이상 발생 시 경보를 울려주는 감시기능 전력기기의 운전을 수동, 자동 변환시키면서 운전시킬 수 있으며 이상 발생 시 경보를 울려주는 감시기능을 포함할 수 있으며, 전력기기의 운전을 수동, 자동 변환시키면서 운전시킬 수 있으며, 이상 발생 시 제어 기능을 가질 수 있다. 또한, 수배전반(160)은 부하 또는 기기의 계기 상태를 파악하고 측정하는 계측 기능도 가질 수 있다. 더불어 수배전반(160)은 측정값을 자동 기록하고, 데이터를 집계하여 사용량을 기록하는 기능도 가질 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 그룹(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 그룹(110)에서 생산된 전력, 에너지 저장 시스템에 저장된 전력, 및/또는 그리드(170)로부터 공급된 전력을 소비할 수 있다.
태양광 모니터링부(180)는 태양광 발전 모듈 그룹(110), 접속반(130), 인버터(150), 수배전반(160) 및 그리드(170)를 모니터링할 뿐만 아니라, 태양광 발전 모듈 그룹(110), 접속반(130), 인버터(150) 및/또는 수배전반(160)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 개별 배선 스위치(120) 및 메인 스위치(140)를 동시에 또는 순차적으로 턴오프하고, 제2이상 상태(연기 발생, 화재 발생)로 판단되면, 태양광 모니터링부(180)가 개별 배선 스위치(120) 및 메인 스위치(140)을 동시에 턴오프할 뿐만 아니라 태양광 발전 모듈 그룹(110), 접속반(130), 인버터(150) 및/또는 수배전반(160)에 설치된 소화부를 동작시킬 수 있다.
또한, 태양광 모니터링부(180)는 접속반(130)에 설치된 온도 감지부(133)에서 촬영된 영상으로부터 각각의 배선 지점 및 소자들의 위치를 기 입력된 위치 정보를 통해 파악하고 해당 위치에서의 온도를 감지하는 기능을 수행한다.
또한 태양광 모니터링부(180)는 각 태양광 발전 모듈 그룹(110) 별로 순시 일사량을 측정한 일사량 기준값을 획득하고 획득된 일사량 기준값을 통해 추정한 추정 전력값과 미리 정해진 시간 간격으로 상기 태양광 발전 모듈의 각 그룹별 순시 전력값을 비교하여 비교 결과에 따라 각 그룹별 태양광 발전 모듈의 동작 상태 및 열화 상태를 판단하여, 대응하는 개별 배선 스위치(120)로 턴오프 신호를 전송하여 개별 배선 스위치를 차단할 수 있다. 이때 순시 일사량 기준값은 인가되는 일조량과 온도 및 습도를 포함하는 동일한 발전 조건에서 발전된 발전 전력에 대한 발전 정보값을 단위 시간 동안 설정 주기로 동시 계측하여 설정되는 것이 바람직하다. 이를 통해 그룹별 태양광 발전 모듈의 평균 일사량을 측정하고, 발전가능 추정량과 동일 시간대의 발전 전력량을 상호 비교하여 태양광 발전 시스템의 이상 유무를 진단할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 태양광 발전 모듈이 설치된 위치에 따른 지역단위 또는 이웃한 발전 모듈끼리 묶어 그룹화하여 관리하는데, 이는 태양광 발전 모듈은 설치된 위치, 설치된 각도에 따라 일사량이 달라질 수 있기 때문이다. 특히 건물 옥상이나 외벽에 설치되는 경우, 설치되는 위치 즉, 건물 옥상인지 건물 외벽인지에 따라 설치 각도가 다르고 일조량 일조 시간도 달라질 수 있다. 마찬가지로, 동일한 옥상에 설치되는 경우에도 이웃한 건물에 따라 그늘이 지는 곳이 있을 수 있고 이에 따라 평균 일사량이 달라지게 된다. 본 발명에서는 이와 같은 설치 지역에 따라 또는 동일 설치 지역이라도 이웃한 곳에 있는 태양광 발전 모듈과 떨어져 배치된 발전 모듈을 서로 다른 그룹에 배치하여 일사량 데이터를 측정하고, 추정 전력량을 그룹별로 관리할 수 있게 된다. 따라서 태양광 모니터링부(180)는 태양광 발전 모듈을 각 그룹별로 순시 전력값과 일시량 기준값을 이용한 추정 전력량을 비교하여 관리할 수 있는 효과가 있다.
이때, 태양광 모니터링부(180)는 태양광 발전 모듈 그룹(110) 중 특정 그룹별 태양광 발전 모듈에서 센싱된 신호가 이상 상태로 판단되는 경우 해당 개별 배선 스위치(120)로 턴오프 신호를 전송하고, 태양광 발전 모듈 그룹(110) 중 하나 이상의 특정 태양광 발전 모듈 그룹, 접속반, 인버터 및 수배전반에서 센싱된 신호가 이상 상태로 판단되는 경우 메인 스위치(140)로 턴오프 신호를 전송할 수 있다.
또한, 태양광 모니터링부(180)는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(150) 및/또는 수배전반(160)이 제1이상 상태로 판단되면, 개별 배선 스위치(120) 및/또는 메인 스위치(140)를 턴오프할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(150) 및/또는 수배전반(160)의 화재 발생등을 미연에 방지하거나 화재가 확장되는 현상을 방지할 수 있다. 더욱이, 태양광 모니터링부(180)는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(150) 및/또는 수배전반(160)이 제2이상 상태로 판단되면, 개별 배선 스위치(120) 및/또는 메인 스위치(140)를 턴오프할 뿐만 아니라 소화부를 동작시켜 화재를 진압할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(150) 및/또는 수배전반(160)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 그룹(110)에서 전력이 발전되는지 여부, 태양광 발전 모듈 그룹(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, 메인 스위치(140)를 턴오프 상태로 하고 개별 배선 스위치(120)를 턴온 상태로 한다. 즉, 태양광 발전 모듈 그룹(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 그룹(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 그룹(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, 개별 배선 스위치(120) 및/또는 메인 스위치(140)의 턴오프 여부 및 소화부의 동작 여부에 대한 정보를 인터넷망(201)을 통하여 서버(202) 및/또는 모바일 단말기(203)에 전송할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 태양광 발전 모듈 그룹(110), 접속반(130), 인버터(150) 및/또는 수배전반(160)에 각각 설치된 센서부(190)를 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 도 4에는 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, 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 개별 배선 스위치(120) 및/또는 메인 스위치(140)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 개별 배선 스위치(120) 및/또는 메인 스위치(140)에 직접 전송하여 턴오프되도록 한다.
일부 예들에서, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(150) 및/또는 수배전반(160)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.
또한, 태양광 모니터링부(180)는 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기, 아크, 개별 배선 스위치(120) 및/또는 메인 스위치(140)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, 개별 배선 스위치(120) 및/또는 메인 스위치(140)를 제어 신호로 턴오프할 수 있다.
일부 예들에서, 누전 센서(195)는 태양광 발전 모듈 그룹 (110)과 개별 배선 스위치(120)를 연결하는 직류 선로, 개별 배선 스위치(120)와 접속반(130)을 연결하는 직류 선로, 접속반(130)과 메인 스위치(140)를 연결하는 직류 선로, 메인 스위치와 인버터(150)를 연결하는 직류 선로, 인버터(150)와 수배전반(160)을 연결하는 교류 선로, 수배전반(160)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, 개별 배선 스위치(120) 및/또는 메인 스위치(140)를 제어 신호로 턴오프할 수 있다.
온도 센서(193), 결로 센서(194) 및 지진 센서(196)는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(150) 및/또는 수배전반(160)의 온도, 습도(수분), 진동을 센싱하여 태양광 모니터링부(180)에 통신선을 통해 입력하거나 개별 배선 스위치(120) 및/또는 메인 스위치(140)에 하드 와이어를 통하여 직접 전송한다. 또한, 연기 센서(197) 및/또는 아크 센서(198)는 태양광 발전 모듈(110), 접속반(130), 인버터(150) 및/또는 수배전반(160)의 연기 및 불꽃을 센싱하여 태양광 모니터링부(180)에 통신선을 통해 입력하거나 소화부(199)에 하드 와이어를 통해 직접 전송한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 개별 배선 스위치(120)는 전원 공급부(121), 코일(122) 및 스위치(123)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 태양광 모니터링부(180)로부터 제어 신호가 전원 공급부(121)에 통신선을 통해 전송되면 전원 공급부(121)에 의해 코일(122)에 공급되는 전원이 차단되어 스위치(123)가 턴오프될 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
개별 배선 스위치(120)의 전원 공급부(121)와 코일(122)의 사이에 퓨즈가 연결될 수 있다. 이때 퓨즈는 써멀 퓨즈가 사용될 수 있다. 상기 퓨즈는 개별 배선 스위치의 온도가 기준 온도보다 높을 경우 끊어짐으로써 전원 공급부의 전원이 코일에 공급되지 않도록 한다.
일부 예들에서, 개별 배선 스위치(120)는 하드 와이어를 통해 수신된 센싱 신호(예를 들면, 하이 레벨 전압 신호 또는 로우 레벨 전압 신호)에 의해 전원 공급부(121)에 의해 코일(122)에 공급되는 전원이 차단되어 스위치(123)가 턴오프될 수 있다. 물론, 그 반대로 가능하다.
여기서, 비록 개별 배선 스위치(120)를 기준으로 하여 구성/동작을 설명하였으나, 메인 스위치(140) 및 소화부(199)에도 동일한 구성/동작이 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)중 일부 구성을 도시한 블럭도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템(100)은 다수의 태양광 발전 모듈 그룹(110_1,...110_n), 다수의 개별 배선 스위치(120_1,..., 120_n), 접속반(130), 메인 스위치(140), 태양광 모니터링부(180) 및 인버터(150)를 포함할 수 있다.
다수의 태양광 발전 모듈 그룹(110_1,...110_n)은 직류 선로(전력선)를 통해 접속반(130)에 병렬로 연결될 수 있다. 여기서, 태양광 발전 모듈 그룹(110_1,...110_n) 각각은 다수의 태양광 발전 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 다수의 태양광 발전 모듈 그룹(110_1,...110_n)은 제1태양광 발전 모듈 그룹(110_1) 내지 제n태양광 발전 모듈 그룹(110_n)을 포함할 수 있다.
다수의 태양광 발전 모듈 그룹(110_1,...110_n) 각각에는 태양광 발전 모듈 그룹(110)을 접속반(130)에 연결시키거나 차단하는 다수의 개별 배선스위치(120_1,...,120_n)가 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 개별 배선 스위치(120)의 수는 태양광 발전 모듈 그룹(110)의 수와 동일하다. 다수의 개별 배선 스위치(120_1,...,120_n)는 제1 개별 배선 스위치(120_1) 내지 제n 개별 배선 스위치(120_n)를 포함할 수 있다.
한편, 태양광 발전 모듈 그룹 (110)과 개별 배선 스위치(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 그룹 (110)에 내장되거나 또는 개별 배선 스위치(120)에 내장될 수 있다. 모듈 전류 센서(S1,...,Sn)는 태양광 발전 모듈 그룹(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 그룹(110)의 마이너스 단자로 흐르는 방향, 또는 태양광 발전 모듈 그룹(110)의 마이너스 단자에서 접속반(130)의 마이너스 단자로 흐르는 방향을 센싱할 수 있다. 또한, 본 발명에서 다수의 개별 배선 스위치(120_1,...,120_n)는 접속반(130)에 병렬로 연결될 수 있다.
접속반(130)은 다수의 개별 배선 스위치(120_1,...,120_n)에 전기적으로 연결된다. 또한, 접속반(130)은 다수의 태양광 발전 모듈 그룹(110_1,...110_n)을 하나의 접속점으로 묶는 역할을 한다. 예를 들어, 다수의 개별 배선 스위치(120_1,...,120_n)의 각각의 플러스 단자는 접속반(130)의 플러스 단자에 모두 전기적으로 연결되고, 다수의 개별 배선 스위치(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(150)의 마이너스 단자로 흐르는 방향 또는 인버터(150)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(150)의 사이에 설치될 수 있다. 또한 메인 스위치(140)은 접속반(130)과 인버터(150) 사이에 설치되거나 접속반(130)에 내장될 수 있다.
태양광 모니터링부(180)는 다수의 태양광 발전 모듈 그룹(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 개별 배선 스위치(120) 및/또는 메인 스위치(140)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.
이와 같이, 본 발명의 실시 예는 태양광 모듈의 설치 위이나 배치에 따라 서로 다른 발전량을 갖더라도 이를 정상으로 인식할 수 있도록 태양광 모듈을 그룹으로 모니터링하며, 스위치를 각 모듈 그룹별로 온오프하는 스위치와 전체 접속반과 인버터 사이에 연결된 메인 배선을 온오프하는 스위치를 이중 관리할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
또한 본 발명의 실시 예는 접속반의 각 배선 상에 있는 다이오드의 병렬 연결을 통해 안정적인 전류 공급을 수행할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 해결하고자 하는 과제는 개별 배선 선로로부터의 신호를 센싱하는 것 이외에 접속반 중 적어도 일부를 감시할 수 있는 감지부를 통해 접속반에서 발생하는 위험 신호를 감지할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
또한 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 제공한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100; 태양광 발전 시스템 110; 태양광 발전 모듈 그룹
120; 개별 스위치 121; 전원 공급부
122; 코일 123; 스위치
131, 전환스위치 132; 컨버터
130; 접속반 133; 다이오드
134; 온도 감지부 140: 메인 스위치
150; 인버터 160; 수배전반
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)

  1. 설치 위치별 또는 미리 정해진 개수 단위로 나뉘어져 그룹화되고, 그룹화된 태양광 발전 모듈의 발전 전압을 동일한 최대효율전압으로 변환하는 전압 변환부를 각 그룹별로 포함하는 다수의 태양광 발전 모듈 그룹;
    상기 태양광 발전 모듈 그룹과 전기적으로 연결된 접속반;
    상기 접속반에 전기적으로 연결된 인버터;
    상기 인버터와 그리드 사이에 전기적으로 연결된 수배전반;
    상기 태양광 발전 모듈과 상기 접속반 사이의 각각의 배선 선로에 각각 전기적으로 연결된 개별 배선 스위치;
    상기 접속반과 상기 인버터 사이 또는 상기 인버터와 수배전반 사이에 전기적으로 연결된 메인 스위치; 및
    상기 태양광 발전 모듈 그룹의 각 그룹별 태양광 발전 모듈, 접속반, 인버터 및 수배전반의 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기, 아크 중 적어도 하나를 센싱하고, 센싱된 신호를 바탕으로 센싱된 신호가 이상 상태로 판단될 경우 턴오프 신호를 대응하는 개별 배선 스위치 또는 메인 스위치에 전송하는, 태양광 모니터링부를 포함하고,
    상기 태양광 모니터링부는 각 태양광 발전 모듈 그룹별로 순시 일사량을 측정한 일사량 기준값을 획득하고 획득된 일사량 기준값과 미리 정해진 시간 간격으로 상기 태양광 발전 모듈의 각 그룹별 순시 전력값을 비교하여 비교 결과에 따라 각 그룹별 태양광 발전 모듈의 동작 상태 및 열화 상태를 판단하여, 대응하는 개별 배선 스위치로 턴오프 신호를 전송하며,
    상기 접속반은, 각 태양광 발전 모듈 그룹 별로 직렬 연결된 입력단자, 상기 메인 스위치의 릴레이와 병렬로 연결 설치된 퓨즈 및 상기 입력단자에서 취합된 전체 전력이 인버터로 원활하게 공급되도록 병렬 연결된 메인 스위치의 릴레이와 퓨즈로 각각 회로를 선택적으로 전환시킬 수 있게 연결 구성된 전환 스위치를 포함하고,
    상기 접속반의 개별 배선 선로 각각에는 다수의 역류 방지용 다이오드가 병렬로 연결된 다이오드 그룹이 직렬로 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 태양광 모니터링부는,
    상기 태양광 발전 모듈 그룹 중 어느 한 그룹별 태양광 발전 모듈에서 센싱된 신호가 이상 상태로 판단되는 경우 해당 개별 배선 스위치로 턴오프 신호를 전송하고,
    상기 태양광 발전 모듈 그룹 중 하나 이상의 태양광 발전 모듈 그룹, 접속반, 인버터 및 수배전반에서 센싱된 신호가 이상 상태로 판단되는 경우 메인 스위치로 턴오프 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 순시 일사량 기준값은 인가되는 일조량과 온도 및 습도를 포함하는 동일한 발전 조건에서 발전된 발전 전력에 대한 발전 정보값을 단위 시간 동안 설정 주기로 동시 계측하여 설정되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 접속반은
    상기 접속반을 촬영하는 적외선 카메라 또는 열화상 카메라 중 어느 하나를 포함하는 온도감지부를 더 포함하며,
    상기 온도 감지부는 상기 접속반 적어도 일부를 촬영할 수 있는 위치에 배치되며,
    상기 태양광 모니터링부는 상기 온도 감지부에서 촬영된 영상으로부터 각각의 배선 지점 및 소자들의 위치를 기 입력된 위치 정보를 통해 파악하고 해당 위치에서의 온도 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    태양광 발전 모듈, 접속반, 인버터, 수배전반 중 적어도 하나는 각각 센서부를 포함하되, 센서부는 전압 센서, 전류 센서, 온도 센서, 결로 센서, 누전 센서, 지진 센서, 연기 센서, 아크 센서, 소화부 중 적어도 하나를 포함하는, 태양광 발전 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    누전 센서는 태양광 발전 모듈과 접속반을 연결하는 직류 선로, 접속반과 인버터를 연결하는 직류 선로, 인버터와 수배전반을 연결하는 교류 선로, 그리고 수배전반과 그리드를 연결하는 교류 선로에 각각 설치된, 태양광 발전 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    인터넷망, 서버 및 모바일 단말기를 더 포함하고,
    태양광 모니터링부는 전압, 전류, 온도, 결로, 누전, 지진, 연기, 아크 중 적어도 하나에 대한 데이터, 개별 배선 스위치, 메인 스위치의 턴오프 정보 및 소화부의 동작 정보를 인터넷망을 통하여 서버 또는 모바일 단말기에 전송하는, 태양광 발전 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    개별 배선 스위치, 메인 스위치의 전원 공급부와 코일의 사이에 상기 퓨즈가 연결되고, 상기 퓨즈는 개별 배선 스위치, 메인 스위치의 온도가 기준 온도보다 높을 경우 끊어짐으로써 전원 공급부의 전원이 코일에 공급되지 않도록 하는, 태양광 발전 시스템.
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