KR102302262B1 - 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 하나 이상의 태양광 모듈로 구성되는 스트링을 하나 이상 포함하여 발전전력을 생산하는 태양광 어레이; 상기 태양광 어레이에서 생산된 직류 전원을 병합하여 인버터로 공급하고, 화재 감지를 위한 적어도 하나 이상의 센서를 포함하여 상기 센서의 센싱 정보를 이용하여 화재 감지시 상기 인버터와 연결된 메인 차단기를 차단한 후 화재 발생 알람을 전송하며, 상기 태양광 어레이의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하는 제어기를 포함하는 메인 접속반; 상기 메인 접속반과 태양광 어레이 사이에 설치된 1차측 차단기를 스티링별로 구비하고, 화재 감지를 위한 적어도 하나 이상의 센서를 포함하여 상기 센서의 센싱 정보를 이용하여 화재 감지시 상기 1차측 차단기를 차단하여 상기 메인 접속함과 상기 태양광 어레이 사이의 전력선을 차단하는 모듈 입력 차단 접속반; 및 통신 게이트웨이를 통해 상기 모듈 입력 차단 접속반 및 메인 접속반과 통신하고, 상기 모듈 입력 차단 접속반, 메인 접속반, 인버터, 분전반에 이르는 동작 상태와 이상 유무를 감시하며, 화재 감지시 지정 장치 차단을 위한 제어 신호를 제공하고, 태양광 발전을 위한 운전 감시 및 관리 지원을 위한 통합 모니터링 정보, 스트링별 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 알람 이력 정보를 제공하는 모니터링 서버를 포함하는 시스템일 수 있다.
Description
본 발명은 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 태양광 발전은 태양 전지판에서 생산된 직류 전류를 인버터가 교류 전류로 변환하여 각 수용가에 공급하게 된다. 이러한 태양광 발전 시스템은 수광된 태양광에 상응하는 직류 전원을 공급하는 태양 전지 모듈군과 이를 직렬로 연결한 태양 전지 어레이, 태양 전지 어레이와 인버터 사이에서 많은 배선의 결선을 용이하게 해주고 각종 보호 기능을 수행하는 접속반, 태양 전지 어레이에서 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터, 발전된 전력을 소비하는 부하로 구성된다.
태양광 발전 모듈 접속함(PV module junction box)은 전기적으로 연결되어 있는 회로를 내부에 밀폐시키거나 또는 보호할 수 있는 단자 수납함으로, 하나 또는 여러 개의 연결이 가능하도록 되어 있으며 태양광발전 모듈에 전기적인 연결이 이루어지는 부분을 정의한다. 발전기 접속함(generator junction box)과 어레이 접속함(array junction box)로 구성으로 나눌 수 있다. 발전기 접속함은 태양광발전 어레이가 연결되는 접속함을 뜻하며, 어레이 접속함은 어레이를 구성하고 있는 모든 태양광발전 모듈 스트링이 연결되는 단자가 들어있는 접속함이다. 태양광발전 모듈 스트링의 출력을 부하에 중계하는데 필요한 단자, 차단 다이오드, 퓨즈, 직류 개폐기 등을 수납하여 밀폐시킬 수 있는 구조를 가지고 있다.
태양광 발전 장치의 화재는 크게 4가지로 구분될 수 있는데, 첫째로 수분이나 먼지가 침투하여 전기 누전 발생, 두 번째로 유지 관리 미흡으로 인한 접속부 볼트가 풀림으로 인해 아크 발생 및 화재 발화, 세 번째로 방열 장치(FAN) 고장으로 인한 내부 온도 상승 및 주요 제품의 파손으로 인한 발화, 네 번째로 각종 케이블에서 유입된 외부 전기 노이즈를 통한 접속함 내부 발화로 구분될 수 있다.
이러한 화재 사고에 대응하여 다수의 태양광 어레이 모듈 각 채널별 개별 감시(전압/전류 측정 모니터링), 화재 감지 및 차단, 낙뢰 및 서지 보호, 인버터 및 접속반 상시 모니터링이 필요하다.
그런데 기존의 채널 감시형 접속반은 총 태양광 발전량 모니터링을 제공하였으나, 각 채널별 태양전지 어레이의 전압과 전류 모니터링, 각 채널별 태양전지 어레이의 발전량 모니터링을 제공하지 않아, 각 채널의 개별적인 태양전지 어레이 전압과 전류 이상시에 또는 고장시에 이를 감지하고 모니터링하는 기능을 제공하지 않았다.
무엇보다도, 화재 발생시 태양광 발전 모듈에 연결된 접속함은 인버터로 공급되는 직류 전류를 메인 차단기에서 차단하지만, 태양광 모듈은 태양빛에 반응하기 때문에 접속함과 인버터 사이의 차단기를 차단하더라도 접속함 내부 전기 합선은 사라지지 않아 추가 손실이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 태양광 모듈과 메인 접속함 사이에 설치된 모듈 입력 차단 접속함을 이용하여 화재를 이중으로 감지하고, 화재 발생시 이중으로 차단할 수 있도록 하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템은, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 하나 이상의 태양광 모듈로 구성되는 스트링을 하나 이상 포함하여 발전전력을 생산하는 태양광 어레이; 상기 태양광 어레이에서 생산된 직류 전원을 병합하여 인버터로 공급하고, 화재 감지를 위한 적어도 하나 이상의 센서를 포함하여 상기 센서의 센싱 정보를 이용하여 화재 감지시 상기 인버터와 연결된 메인 차단기를 차단한 후 화재 발생 알람을 전송하며, 상기 태양광 어레이의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하는 제어기를 포함하는 메인 접속반; 상기 메인 접속반과 태양광 어레이 사이에 설치된 1차측 차단기를 스티링별로 구비하고, 화재 감지를 위한 적어도 하나 이상의 센서를 포함하여 상기 센서의 센싱 정보를 이용하여 화재 감지시 상기 1차측 차단기를 차단하여 상기 메인 접속함과 상기 태양광 어레이 사이의 전력선을 차단하는 모듈 입력 차단 접속함; 및 통신 게이트웨이를 통해 상기 모듈 입력 차단 접속함 및 메인 접속반과 통신하고, 상기 모듈 입력 차단 접속함, 메인 접속반, 인버터, 분전반에 이르는 동작 상태와 이상 유무를 감시하며, 화재 감지시 지정 장치 차단을 위한 제어 신호를 제공하고, 태양광 발전을 위한 운전 감시 및 관리 지원을 위한 통합 모니터링 정보, 스트링별 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 알람 이력 정보를 제공하는 모니터링 서버를 포함할 수 있다.
상기 모듈 입력 차단 접속함은, 화재 감지를 위해 연기 센서, 온도 센서, 습도 센서, 불꽃감지 센서, 가스 감지 센서 및 전류 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 제1 센서부; 상기 제1 센서부에서 측정된 센싱 정보에 기초하여 화재 이상 여부를 판단하고, 화재 감지시 1차 화재 발생 알람을 전송하는 제1 감시부; 및 상기 제1 감시부의 판단 결과에 기초하여 해당 스트링에 대한 상기 태양광 어레이와 메인 접속함 사이의 전력선을 차단하기 위해 스트링별로 구비된 1차측 차단기를 포함한다.
상기 모듈 입력 차단 접속함은 상기 센서부, 감시부 및 1차측 차단기를 내장 및 보호하고, 결선처리를 하기 위한 모듈 입력 차단 접속함을 포함한다.
상기 메인 접속반은, 상기 태양광 어레이별로 구비되어 스트링간 전압차로 인해 발생되는 역전류를 방지하는 회로 보호부; 화재 감지를 위해 연기 센서, 온도 센서, 습도 센서, 불꽃감지 센서, 가스 감지 센서 및 전류 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 제2 센서부; 상기 제2 센서부에서 측정된 센싱 정보에 기초하여 화재 이상 여부를 판단하고, 화재 감지시 최종 화재 발생 알람을 전송하는 제2 감시부; 상기 태양광 어레이로부터 출력되는 전류와 역전류를 검출하고, 입력전류 및 역전류의 검출값에 기초하여 역전류 또는 스트링 전원의 차단 유무를 판단하는 전류 감시부; 상기 회로 보호부의 후단에 연결되어 상기 전류 감시부 또는 제2 감시부의 판단 결과에 기초한 제어 신호에 따라 상기 인버터로 입력되는 직류 전원을 차단하는 메인 차단기; 및 상기 제2 센서부, 제2 감시부, 전류 감시부와의 연동을 통해 획득된 상기 태양광 어레이의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하는 제어기를 포함한다.
상기 메인 접속반은 상기 회로 보호부, 제2 센서부, 제2 감시부, 전류 감시부, 메인 차단기 및 제어기를 내장 및 보호하고, 결선처리를 하기 위한 메인 접속함을 포함한다.
상기 통신 게이트웨이는, 수평 일사량 센서, 경사 일사량 센서, 외기 온도 센서, 표면 온도 센서, 풍향/풍속 센서를 포함하는 기상 감지 센서로부터 감지된 환경 정보를 상기 메인 접속반 또는 모듈 입력 차단 접속함으로 제공한다.
상기 메인 접속반은, 기 설정된 기간 동안 전체 전압값, 스트링별 전류값과 전력값, 알람 이력 사항을 포함한 접속반 이력 데이터를 저장하고, 상기 모니터링 서버는, 상기 통신 게이트웨이를 통해 상기 접속반 이력 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장하고, 상기 데이터베이스에 저장된 접속반 이력 데이터 중에서 기 설정된 기간 동안 환경 정보, 성능 보증값, 발전량의 최대 근사값을 갖는 과거의 발전량 값을 검출하여 현재 스트링별 발전량 값과 비교하여 스티링별 발전량 이상을 검출하여 표시할 수 있다.
상기 모니터링 서버는, 상기 태양광 모듈 및 인버터의 성능 보증값을 제조사에서 제공하는 발전 효율 보증값을 적용한다.
상기 모니터링 서버는, 상기 메인 접속함으로부터 전체 전압값, 스트링별 전류값과 전력값을 포함한 접속함 상태 정보를 수신하여 저장하고, 상기 스트링별 전류값이 기 설정된 기간 동안 이상 발견시 점검 요망 알람 정보를 사용자 단말에 통보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 방법은, a) 인버터와 연결된 메인 차단기를 포함하는 메인 접속함과, 태양광 어레이와 메인 접속함 사이의 전력선을 차단하는 1차측 차단기를 포함하는 모듈 입력 차단 접속함에서 화재 감지를 위한 적어도 하나의 센서를 이용하여 스트링별 화재 이상 여부를 판단하는 단계; b) 상기 모듈 입력 차단 접속함에서 화재 이상이 감지된 스트링에 대한 1차측 차단기를 동작시켜 화재 차단 동작을 수행하며 1차 화재 발생 알람을 전송하는 단계; 및 c) 상기 메인 접속함에서 화재 이상이 감지되면 전체 1차측 차단기와 메인 차단기를 동작시켜 화재 차단 동작을 수행하며 최종 화재 발생 알람을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 c) 단계는 상기 메인 접속함에서 화재 이상이 최초 감지되면, 화재 차단 동작을 리셋시킨 후 다시 화재 이상 여부를 감지하여 재차 화재 이상이 감지되면 화재 차단 동작을 수행하는 것이다.
상기 b) 단계 또는 c) 단계를 수행한 이후에, 상기 모듈 입력 차단 접속함 또는 메인 접속함의 점검 완료 정보가 수신되면 상기 태양광 어레이를 통한 발전전력을 생산을 시작할 수 있는 기술을 제안함으로써 본 발명의 목적을 보다 잘 달성할 수 있는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 화재 감지 및 전력 차단 기능을 갖는 메인 접속함과 모듈 입력 차단 접속함을 구비하고, 태양광 모듈과 메인 접속함 사이에 모듈 입력 차단 접속함을 배치하여 모듈 입력 차단 접속함에서 화재 발생시 스트링별 전력 차단 기능, 메인 접속함에서 화재 발생시 인버터로 공급되는 직류 전원의 차단과 스트링별 전력 차단 기능을 동시에 수행함으로써 화재를 이중으로 감지하고, 화재 발생시 이중으로 차단할 수 있다.
이로 인해, 본 발명은 태양광 모듈과 메인 접속함 사이의 전력선을 차단시켜 접속함의 내부 전기 합선으로 인해 추가로 발생될 수 있는 화재를 사전에 방지할 수 있어 추가적 손실이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템의 데이터 흐름을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템의 화재 이중 감지 및 차단 동작을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 통합 모니터링 정보를 디스플레이하는 화면을 보여주는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 메인 화면을 보여주는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 인버터 감시 정보를 디스플레이하는 화면을 보여주는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 스트링별 발전 상태 정보를 디스플레이하는 화면을 보여주는 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 통계 그래프를 디스플레이하는 화면을 보여주는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템의 데이터 흐름을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템의 화재 이중 감지 및 차단 동작을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 통합 모니터링 정보를 디스플레이하는 화면을 보여주는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 메인 화면을 보여주는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 인버터 감시 정보를 디스플레이하는 화면을 보여주는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 스트링별 발전 상태 정보를 디스플레이하는 화면을 보여주는 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 통계 그래프를 디스플레이하는 화면을 보여주는 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 단말은 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, 단말은 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치인 것도 가능하다. 또한, 네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다.
무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템의 구성을 설명하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템의 데이터 흐름을 설명하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템은 태양광 어레이(110), 모듈 입력 차단 접속함(120), 메인 접속반(130), 인버터(140), 계통 차단기를 포함하는 배전반(150), 통신 게이트웨이(160) 및 모니터링 서버(200)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
태양광 어레이(110)는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 하나 이상의 태양광 모듈로 구성되는 스트링을 하나 이상 포함하여 발전전력을 생산한다.
모듈 입력 차단 접속함(120)은 메인 접속함(130)과 태양광 어레이(110) 사이에서 전력선을 차단하기는 1차측 차단기(121)를 스티링별로 구비하고 있다. 모듈 입력 차단 접속반(120)은 화재 감지를 위해 연기 센서, 온도 센서, 습도 센서, 불꽃감지 센서, 가스 감지 센서 및 전류 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 제1 센서부(122), 제1 센서부(122)에서 측정된 센싱 정보에 기초하여 화재 이상 여부를 판단하고, 화재 감지시 1차 화재 발생 알람을 전송하는 제1 감시부(123) 및 태양광 어레이(110)와 연결되어 화재 감지시 제어 신호에 기초하여 1차적으로 직류 전원을 차단하도록 스트링별로 구비된 1차측 차단기(121)를 포함한다.
메인 접속반(130)은 태양광 어레이(110)에서 생산된 직류 전원을 병합하여 인버터(140)로 공급한다. 이러한 메인 접속반(130)은 회로 보호부(131), 화재 감지 및 차단을 위한 제2 센서부(132)와 제2 감시부(133), 전류 감시부(134), 메인 차단기(135) 및 제어기(136)를 포함한다.
회로 보호부(131)는 태양광 어레이(110)별로 구비되어 스트링간 전압차로 인해 발생되는 역전류를 방지하는 역전류 센서(미도시)를 포함한다. 전류 감시부(134)는 태양광 어레이(110)로부터 출력되는 전류와 역전류를 검출하고, 입력전류 및 역전류의 검출값에 기초하여 역전류 또는 스트링 전원의 차단 유무를 판단한다. 따라서, 모듈 입력 차단 접속반(120)은 역전류 센서에서 역전류 감지시, 역전류가 발생된 채널에 대한 차단기를 차단시킬 수 있다.
메인 차단기(135)는 회로 보호부(131)의 후단에 연결되어 전류 감시부(134) 또는 제2 감시부(133)의 판단 결과에 기초한 제어 신호에 따라 인버터(140)로 입력되는 직류 전원을 차단한다.
제어기(136)는 제2 센서부(132), 제2 감시부(133), 전류 감시부(134)와의 연동을 통해 획득된 태양광 어레이(110)의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하고, 모니터링 서버(200)와 통신하여 원격으로 제어 신호를 수신하고, 발전 상태 정보와 접속함 상태 정보 등을 모니터링 서버(200)로 전송한다.
이때, 모듈 입력 차단 접속반(120)은 제1 센서부(122), 제1 감시부(123) 및 1차측 차단기(121)를 내장 및 보호하고, 결선처리를 하기 위한 모듈 입력 차단 접속함을 포함하고, 메인 접속반(130)은 회로 보호부(131), 제2 센서부(132), 제2 감시부(133), 전류 감시부(134), 메인 차단기(135) 및 제어기(136)를 내장 및 보호하고, 결선처리를 하기 위한 메인 접속함을 포함한다.
도 1 및 도 2에서 모듈 입력 차단 접속반(120)과 모듈 입력 차단 접속함, 메인 접속반(130)과 메인 접속함(130)은 기능상 동일한 기능을 구현하므로 동일한 도면 부호를 사용한다.
모니터링 서버(200)는 통신 게이트웨이(160)를 통해 모듈 입력 차단 접속반(120), 메인 접속반(130)과 통신하고, 모듈 입력 차단 접속반(120), 메인 접속반(130), 인버터(140), 배전반(150)까지의 동작 상태와 이상 유무를 감시하며, 화재 감지시 지정 장치 차단을 위한 제어 신호를 제공하고, 태양광 발전을 위한 운전 감시 및 관리 지원을 위한 통합 모니터링 정보, 스트링별 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 알람 이력 정보를 제공한다.
이때, 모니터링 서버(200)는 일반적인 의미의 서버용 컴퓨터 본체일 수 있고, 그 외에 서버 역할을 수행할 수 있는 다양한 형태의 장치로 구현될 수 있다. 구체적으로, 모니터링 서버(200)는 각각 통신 모듈(미도시), 메모리(미도시), 프로세서(미도시) 및 데이터베이스(미도시)를 포함하는 컴퓨팅 장치에 구현될 수 있는데, 일례로 휴대폰이나 TV, PDA, 태블릿 PC, PC, 노트북 PC 및 기타 사용자 단말 장치 등으로 구현될 수 있다. 통신 게이트웨이(160)는 서비스 데이터 단위(SDU)로 데이터를 수집하는 통신 데이터 수집 장치와 가상 통신 데이터 수집 장치를 포함할 수 있다. 특히, 가상 통신 데이터 수집 장치는 수평 일사량 센서, 경사 일사량 센서, 외기 온도 센서, 표면 온도 센서, 풍향/풍속 센서를 포함하는 기상 감지 센서(250)로부터 감지된 환경 정보를 메인 접속반(130) 또는 모듈 입력 차단 접속반(120)으로 제공한다.
또한, 통신 게이트웨이(160)는 IP HUB를 통해 사용자 단말(300) 및 모니터링 서버(200)와 통신하고, 스마트 TV 현황판, CCTV 화면이 출력되는 관제 센터와도 통신을 수행할 수 있다. 한편, 사용자 단말(300)은 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북, 스마트 TV 등 통신 기능과 디스플레이 기능을 구현하는 단말일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템의 화재 이중 감지 및 차단 동작을 설명하는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 모듈 입력 차단 접속함(120)은 메인 접속함(130)과 태양광 어레이(110) 사이에 설치되고, 화재 감지시 1차측 차단기(121)를 통해 태양광 모듈과 메인 접속함(130) 사이의 전력선을 차단하여 전력선과 태양광 모듈을 화재의 피해로부터 보호하는 역할을 수행한다.
이러한 모듈 입력 차단 접속함(120)과 메인 접속함(130)은 연기센서, 가스 센서, 습도 센서, 불꽃감지 센서, 온도 센서 및 전류 센서 등의 각종 화재 감지용 센서들로부터 측정된 센싱 정보를 이용하여 화재 발생을 실시간 감지한다. 모듈 입력 차단 접속함(120)과 메인 접속함(130)은 화재 감지시 1차측 차단기(121) 또는 메인 차단기(135)를 차단한 후 모니터링 서버(200)로 화재 발생 알람을 전송하며, 모니터링 서버(200)에서 원격으로 강제 차단되는 기능을 갖는다.
만일, 모듈 입력 차단 접속함(120)에서는 화재가 감지되었지만, 메인 접속함(130)에서는 화재가 감지되지 않은 경우에, 모듈 입력 차단 접속함(120)은 화재가 감지된 스트링에 연결된 1차측 차단기(121)만 차단시키고, 해당 스트링에 대한 1차 화재 발생 알람을 사용자 단말(300)에 제공한다. 또한, 화재가 감지된 스트링에 연결된 1차측 차단기(121)를 차단시킨 이후에, 모듈 입력 차단 접속함(120)과 메인 접속함(130)의 각 데이터값(센싱 정보, 전압/전류 값 등)을 비교하여 비정상 상황이 발견되지 않으면 태양광 어레이(110)를 통해 발전 전력을 생산을 시작하도록 한다.
태양광 모듈은 태양 빛에 반응하기 때문에 메인 접속함(130)과 인버터(140) 사이의 메인 차단기(135)를 차단하더라도 접속함 내부 전기 합선은 사라지지 않아 추가 손실이 발생할 수 있기 때문에, 모듈 입력 차단 접속함(120)의 모든 1차측 차단기(121)와 메인 차단기(135)를 차단(OFF)하여 화재를 이중으로 감지하고, 화재 발생시 이중으로 차단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 메인 접속함(130)은 제2 센서부(132) 및 제2 감시부(133)를 통해 화재 발생이 감지되면(S1), 최초 화재 감지시 화재 차단 동작을 리셋시킨 후 다시 화재 이상 여부를 감지하여 재차 화재 이상이 감지되면 화재 차단 동작을 수행한다(S2, S3)
모듈 입력 차단 접속함(120)은 전체 1차측 차단기(121)를 차단시키고, 메인 접속함(130)은 메인 차단기(135)를 차단시키는 화재 차단 동작을 수행하고, 최종 화재 발생 알람을 사용자 단말(300)과 모니터링 서버(200)로 전송한다(S4, S5).
사용자 단말(300)은 화재 발생 알람 정보를 수신한 이후에 모듈 입력 차단 접속함(120) 또는 메인 접속함(130)을 점검하고, 접속함의 점검 완료 정보를 모니터링 서버(200)에 전송한다. 모니터링 서버(200)는 접속함의 점검 완료 정보가 수신되면(S6), 모든 1차측 차단기(121)와 메인 차단기(135)를 온 동작시키고 태양광 어레이(110)를 통한 발전전력을 생산을 시작한다(S7).
그런데, 메인 접속함(130)에서는 화재 감지가 되지 않았지만, 모듈 입력 차단 접속함(120)에서 화재가 감지된 경우에, 화재가 감지된 스트링에 대한 1차측 차단기를 동작시켜 화재 차단 동작을 수행하고, 1차 화재 발생 알람을 사용자 단말(300)과 모니터링 서버(200)에 전송한다. 이때, 모니터링 서버(200)는 화재가 감지된 스트링에 연결된 1차측 차단기(121)를 차단시킨 이후에, 모듈 입력 차단 접속함(120)과 메인 접속함(130)의 각 데이터값(센싱 정보, 등)을 비교하여 비정상 상황이 발견되지 않으면 안전 관리자의 점검이 완료되면 수동으로 태양광 어레이(110)를 통해 발전 전력을 생산 시작하도록 한다. 모듈 입력 차단 접속함(120)은 안전 사고를 미리 예방하기 위해 자동으로 차단기(121)가 복구되어 발전되지 않으며, 1차 화재 발생 알람에 따라 안전 관리자가 점검을 수행하고, 안전 상태를 확인한 이후에 수동으로 차단기(121)를 복구시켜 발전되도록 한다.
한편, 모니터링 서버(200)는 회로 보호부(131) 내 서지 보호기(SPD) 동작시 1차측 차단기(121) 및 메인 차단기(135) 전체를 차단하여 지락으로 인한 피해를 방지한다.
한편, 도 4의 단계 S1 내지 S7은 본 발명의 구현예에 따라서 추가적인 단계들로 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계간의 순서가 변경될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 통합 모니터링 정보를 디스플레이하는 화면을 보여주는 예시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 메인 화면을 보여주는 예시도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 인버터 감시 정보를 디스플레이하는 화면을 보여주는 예시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 스트링별 발전 상태 정보를 디스플레이하는 화면을 보여주는 예시도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 서버의 통계 그래프를 디스플레이하는 화면을 보여주는 예시도이다.
도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 모니터링 서버(200)는 메인 접속함(130) 및 모듈 입력 차단 접속함(120)과 통신 게이트웨이를 통해 통신하여 전체 전압 값, 스트링별 전류값과 전력값, 인버터 감시, 스트링 상태, 알람 리스트 등을 확인할 수 있다. 또한, 모니터링 서버(200)는 화면에 기상 감지 센서(250)로부터 측정된 환경 정보를 표시할 수 있고, 태양광 발전소별로 현재 발전량, 발전 효율, 일간 발전량, 일간 발전시간, 월간 발전량, 연간 발전량, 이산화탄소 저감량, 누적 발전량 등의 태양광 발전의 발전 전력 상태를 한눈에 알아볼 수 있도록 표시할 수 있고, 태양광 발전소의 설비 종류별로 안전 관리자에 의해 선택된 설비, 날짜에 따라 해당 설비에 대한 시간대별 전류량 등을 그래프 형태로 보여줄 수 있다.
메인 접속반(130)은 기 설정된 기간(약 3년 정도) 동안 전체 전압값, 스트링별 전류값과 전력값, 알람 이력 사항을 포함한 접속반 이력 데이터를 저장한다.
모니터링 서버(200)는 통신 게이트웨이(160)를 통해 접속반 이력 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장하고, 데이터베이스에 저장된 접속반 이력 데이터 중에서 기 설정된 기간 동안 환경 정보, 성능 보증값, 발전량의 최대 근사값을 갖는 과거의 발전량 값을 검출하여 현재 스트링별 발전량 값과 비교하여 스티링별 발전량 이상을 검출하여 표시한다. 이때, 스트링별 발전량 이상 표시는 그래프의 색상을 다르게 하여 표시할 수 있고, 접속반 이력 데이터에 대한 보고서를 생성하여 제공할 수 있다.
모니터링 서버(200)는 태양광 모듈 및 인버터(140)의 성능 보증값을 제조사에서 제공하는 발전 효율 보증값을 적용하는데, 발전 효율 보증값에는 첫해 정격 출력의 98% 이상을 생산하고, 이후 연간 최대 0.54%씩 저하되며, 10년 후 정격 출력의 93.1% 이상을 생산하는 내용 등이 기재되어 있다.
한편, 모니터링 서버(200)는 메인 접속함(130)으로부터 접속함 상태 정보를 수신하여 저장하고, 스트링별 전류값이 기 설정된 기간(대략 1일 정도) 동안 이상 발견시 점검 요망 알람 정보를 사용자 단말(300)에 통보할 수 있고, 설비 종류(접속반)별 알람 발생 일시, 해제 일시, 알람 내용, 확인시간 및 점검자 정보를 포함한 알람 이력을 보여줄 수 있다.
이러한 모니터링 서버(200)는 태양광 모니터링을 위한 모바일 어플리케이션을 제공하고, 모바일 어플리케이션을 통해 사용자 단말(300)의 정보 접근 권한에 따라 각 장치의 동작 상태와 이상 유무, 화재 감지 및 차단 동작, 태양광 발전을 위한 운전 감시 및 관리 지원을 위한 통합 모니터링 기능을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 태양광 어레이
120 : 모듈 입력 차단 접속반(모듈 입력 차단 접속함)
121 : 1차측 차단기
122 : 제1 센서부
123 : 제1 감시부
130 : 메인 접속반(메인 접속함)
131 : 회로 보호부
132 : 제2 센서부
133 : 제2 감시부
134 : 전류 감시부
135 : 메인 차단기
135 : 제어기
140 : 인버터
150 : 배전반
250 : 기상 감지 센서
120 : 모듈 입력 차단 접속반(모듈 입력 차단 접속함)
121 : 1차측 차단기
122 : 제1 센서부
123 : 제1 감시부
130 : 메인 접속반(메인 접속함)
131 : 회로 보호부
132 : 제2 센서부
133 : 제2 감시부
134 : 전류 감시부
135 : 메인 차단기
135 : 제어기
140 : 인버터
150 : 배전반
250 : 기상 감지 센서
Claims (12)
- 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 하나 이상의 태양광 모듈로 구성되는 스트링을 하나 이상 포함하여 발전전력을 생산하는 태양광 어레이;
상기 태양광 어레이별로 구비되어 스트링간 전압차로 인해 발생되는 역전류를 방지하는 회로 보호부와, 화재 감지를 위해 연기 센서, 온도 센서, 습도 센서, 불꽃감지 센서, 가스 감지 센서 및 전류 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 제2 센서부와, 상기 제2 센서부에서 측정된 센싱 정보에 기초하여 화재 이상 여부를 판단하고, 화재 감지시 최종 화재 발생 알람을 전송하는 제2 감시부와, 상기 태양광 어레이로부터 출력되는 전류와 역전류를 검출하고, 입력전류 및 역전류의 검출값에 기초하여 역전류 또는 스트링 전원의 차단 유무를 판단하는 전류 감시부와, 상기 회로 보호부의 후단에 연결되어 상기 전류 감시부 또는 제2 감시부의 판단 결과에 기초한 제어 신호에 따라 인버터로 입력되는 직류 전원을 차단하는 메인 차단기 및 상기 제2 센서부, 제2 감시부, 전류 감시부와의 연동을 통해 획득된 상기 태양광 어레이의 발전 상태 정보, 접속함 상태 정보, 환경 정보에 근거하여 전력회로 차단을 위한 제어 신호를 제공하는 제어기로 구성되어 상기 태양광 어레이에서 생산된 직류 전원을 병합하여 인버터로 공급하는 메인 접속반;
상기 메인 접속반과 태양광 어레이 사이에 독립적으로 설치된 접속함으로써 화재 감지를 위한 연기 센서, 온도 센서, 습도 센서, 불꽃감지 센서, 가스 감지 센서 및 전류 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 제1 센서와, 상기 제1 센서의 센싱 정보를 이용하여 화재 감지시 1차 화재 발생 알람을 전송하는 제1 감시부와, 상기 제1 감시부의 판단 결과에 기초하여 해당 스트링에 대한 상기 태양광 어레이와 메인 접속함 사이의 전력선을 차단하기 위해 스트링별로 구비된 1차측 차단기를 차단하여 상기 메인 접속함과 상기 태양광 어레이 사이의 전력선을 차단하는 모듈 입력 차단 접속반; 및
통신 게이트웨이를 통해 상기 모듈 입력 차단 접속반 및 메인 접속반과 통신하고, 상기 모듈 입력 차단 접속반, 메인 접속반, 인버터, 분전반에 이르는 동작 상태와 이상 유무를 감시하며, 화재 감지시 지정 장치 차단을 위한 제어 신호를 제공하고, 상기 메인 접속반에서 기 설정된 기간 동안 전체 전압값, 스트링별 전류값과 전력값, 알람 이력 사항을 포함한 접속반의 이력 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장하고, 상기 데이터베이스에 저장된 접속반 이력 데이터 중에서 기 설정된 기간 동안 환경 정보, 성능 보증값, 발전량의 최대 근사값을 갖는 과거의 발전량 값을 검출하여 현재 스트링별 발전량 값과 비교하여 스티링별 발전량 이상을 검출하여 표시하는 모니터링 서버로 구성되어,
상기 모듈 입력 차단 접속반과 메인 접속반에 각각 전기사고 및 화재발생시 분산 배치된 접속반별로 전원차단 및 화재 진압이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 모듈 입력 차단 접속반은 상기 센서부, 감시부 및 1차측 차단기를 내장 및 보호하고, 결선처리를 하기 위한 모듈 입력 차단 접속함을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 메인 접속반은 상기 회로 보호부, 제2 센서부, 제2 감시부, 전류 감시부, 메인 차단기 및 제어기를 내장 및 보호하고, 결선처리를 하기 위한 메인 접속함을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 통신 게이트웨이는,
수평 일사량 센서, 경사 일사량 센서, 외기 온도 센서, 표면 온도 센서, 풍향/풍속 센서를 포함하는 기상 감지 센서로부터 감지된 환경 정보를 상기 메인 접속반 또는 모듈 입력 차단 접속반으로 제공하는 것을 특징으로 하는 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 모니터링 서버는,
상기 메인 접속함으로부터 전체 전압값, 스트링별 전류값과 전력값을 포함한 접속함 상태 정보를 수신하여 저장하고, 상기 스트링별 전류값이 기 설정된 기간 동안 이상 발견시 점검 요망 알람 정보를 사용자 단말에 통보하는 것을 특징으로 하는 화재 방지 기능을 활용한 지능형 태양광 모니터링 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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