KR102347238B1 - 태양광 발전소의 운영/관리 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전소의 운영/관리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모니터링 장치를 통해 태양광 발전소의 지리적 자연적 환경을 포함한 발전 상황을 종합적으로 검출하고, 스트링 감시장치를 통해 태양광 스트링별 생산 전력을 감시하며, 기울기 검출장치를 통해 패널의 기울기 상태를 검출하고, 발전 상황, 스트링별 생산 전력 및 기울기값에 근거하여 이상 발생 시 드론을 활용하여 태양광 발전소의 이상 여부를 신속히 확인하고, 확인된 이상 여부에 대해 인력 및 장비의 범위를 산출할 수 있는 태양광 발전소의 운영/관리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 태양광 발전소의 운영/관리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모니터링 장치를 통해 태양광 발전소의 지리적 자연적 환경을 포함한 발전 상황을 종합적으로 검출하고, 스트링 감시장치를 통해 태양광 스트링별 생산 전력을 감시하며, 기울기 검출장치를 통해 패널의 기울기 상태를 검출하고, 발전 상황, 스트링별 생산 전력 및 기울기값에 근거하여 이상 발생 시 드론을 활용하여 태양광 발전소의 이상 여부를 신속히 확인하고, 확인된 이상 여부에 대해 인력 및 장비의 범위를 산출할 수 있는 태양광 발전소의 운영/관리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
태양광 발전소는 최근 몇 년간 주요한 신재생 에너지의 우선적인 발전 시스템으로 권장되면서 수많은 발전설비 및 이의 운영에 필요한 인프라 시설들이 개발되었고 현재 수천 KW 용량의 태양광 발전 시설이 현장에서 설치 운용 중이다.
태양광 발전소는 태양광 모듈에서 인버터까지 태양광을 전기에너지로 전환하여 전달하는 직류전력 부분, 인버터를 통해 직류전력을 교류전력으로 변환하여 계통에 전달하는 교류전력 부분 및 태양광 발전소의 전력생산에 대한 발전량 등을 관리하는 모니터링 부분으로 구분된다.
이때, 태양광 발전소에서 출력되는 발전량을 유지하기 위해서는 유지 및 관리가 동반되어야 하고, 고장 및 이상 여부를 신속히 제거해야 한다.
태양광 발전소에서 전기에너지의 발생량 등을 점검하는 모니터링 시스템은 인버터의 상태를 원격에서 검출하여 스트링 또는 태양광 모듈의 상태를 점검하는 것으로서, 모니터링과 관련된 기술 중의 하나로 등록특허공보 제10-2065443호에 태양광 발전소의 데이터 분석 방법 및 시스템이 개시되었다.
상기 기술은 태양광 발전소의 이론적 예상 발전량을 산출하는 단계와, 상기 태양광 발전소로부터 실제 수집된 측정 발전량을 획득하는 단계와, 상기 예상 발전량 및 상기 측정 발전량의 차이를 비교한 결과에 따라 상기 태양광 발전소의 발전 손실 여부를 판단하는 단계 및 상기 태양광 발전소의 발전 손실이 발생한 것으로 판단된 경우, 손실 발전량에 기초하여 손실 원인을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기 기술은 태양광 발전 시설물의 상태를 파악할 수 없고, 강우, 지진, 폭설 등의 자연재해 또는 악의에 의한 파손 등에 대해 신속한 대처가 미흡한 문제점이 있다.
또한, 등록특허공보 제10-2032722호에 드론을 이용한 태양광 패널의 검사 방법 및 시스템이 개시되었다.
상기 기술은 카메라를 통해 촬영된 태양광 패널 그룹에 대한 영상에 기초하여, 태양광 패널 그룹을 복수의 영역으로 구분하고, 각 영역별로 태양광 패널의 ID(identification)를 할당하는 중앙 서버; 및 태양광 패널 그룹에 포함된 태양광 패널의 영상을 촬영하고, 촬영된 태양광 패널의 ID 정보와 촬영 결과 획득된 영상을 중앙 서버로 전송하는 비행 물체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기 기술은 드론의 비교적 짧은 비행시간 동안 촬영한 영상에 근거하여 태양광 패널을 검사하는 것으로서, 수십 ~ 수백 MW 급 이상의 태양광 발전소에 적용하기가 어렵고, 정밀 검사가 이루어질 수 없는 단점이 있다.
한편, 대부분의 태양광 발전소는 인버터로부터 전달된 정보를 통해서만 상태를 확인하고 있다. 즉, 상주 인원이 없는 태양광 발전소 대부분은 고장 발생 후 현장을 방문하지 않는 한 확인을 할 수 있는 방법이 거의 전무한 상황이다.
상주 인원이 있는 태양광 발전소 또한 일상적인 육안 점검만 가능하므로 정밀 점검을 하기 곤란한 경우가 많고, 근래에는 드론을 활용한 태양광 발전소의 유지, 보수, 관리에 대한 방식이 부각되면서 관련 기관에서 활용하려고 노력하고 있지만 대부분 초기 기술에 한정되어 실질적인 유지 보수에 활용하기 어려운 실정이다.
태양광 발전소의 상태감시시스템 적용은 최근에 검토 및 적용되고 있는 시스템으로 기존 발전소에 추가 설치 및 신규 발전소에 같이 설치되고 있는 실정이다. 상태 감시시스템이 적용되기 전에는 태양광 발전소에 이상이 발생했을 때 발전소 전체를 정밀 점검을 해야 원인을 파악할 수 있으므로 태양광 발전소의 관리가 쉽지 않아서 발전소가 부실 관리되고 이로 인해서 태양광 발전소 사업주의 불만이 높아짐과 동시에 태양광 발전소의 수익 악화로 인한 근거 없는 낭설도 유포되고 있는 실정이었다.
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 모니터링 장치를 통해 태양광 발전소의 발전 상황을 지속적으로 모니터링하는 상태에서, 스트링 감시장치를 통해 스트링별 전력 생산의 이상 여부를 감시하고, 기울기 검출장치를 통해 태양광 패널의 기울기를 실시간으로 검출하여, 이상 발생 시 태양광 스트링 및 기울기값에 따라 이상이 발생된 태양광 스트링(또는 패널 및 어레이를 포함)의 위치를 특정할 수 있는 태양광 발전소의 운영/관리 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 발전 상황, 스트링별 생산 전력 및 기울기값에 근거하여, 이상 발생 시 드론을 활용하여 이상이 발생된 구역을 면밀히 촬영하고, 촬영된 영상에 근거하여 유지 보수에 요구되는 인력 및 장비를 신속히 산출할 수 있는 태양광 발전소의 운영/관리 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템은 복수 개의 태양광 스트링이 연결된 태양광 어레이, 상기 태양광 어레이로부터 생산된 직류전력을 직렬 또는 병렬로 연결하여 취합하는 접속반, 상기 접속반에서 출력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 계통에 공급하는 인버터를 포함하고, 상기 인버터의 상태를 검출하는 모니터링 장치; 상기 태양광 스트링의 상태를 감시하는 스트링 감시장치; 태양광 패널이 설치되는 구조물의 기울기를 검출하는 기울기 검출장치; 상기 태양광 어레이의 상부 상공을 비행하면서 촬영된 영상을 전송하는 드론장치; 및 상기 모니터링 장치, 스트링 감시장치, 기울기 검출장치 및 드론장치로부터 전송된 정보에 근거하여 상기 태양광 발전소의 이상 여부를 판단하고, 판단된 정보에 근거하여 유지 및 관리에 대한 정보를 산출하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 모니터링 장치는 상기 태양광 어레이에서 생산되는 전기에너지의 발전량 및 상기 계통의 전력상황을 검출하여 관리하는 전력제어부; 태양의 고도, 태양광의 입사 광량, 온도 및 습도에 근거하여 발전 예측량을 산출하는 발전량예측부; 상기 태양광 스트링, 접속반 및 인버터의 고장 여부를 진단하는 고장진단부; 상기 접속반에서 출력되는 생산 전력량에 대한 통계정보를 산출하는 발전현황산출부; 및 상기 전력제어부, 발전량예측부, 고장진단부 및 발전현황산출부에서 출력되는 결과값를 표시하는 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스트링 감시장치는 상기 태양광 스트링에 연결된 인입 전력선에 대한 각각의 전력값을 지속적으로 감시하고, 감시된 상기 전력값을 누적하거나 비교 분석하여 각각의 태양광 스트링에서 생산되는 전력을 감시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기울기 검출장치는 상기 태양광 패널을 지지하는 구조물에 설치되는 복수 개의 기울기 센서모듈; 복수 개의 상기 기울기 센서모듈에서 출력되는 기울기값을 취합하는 기울기값 취합모듈; 및 상기 기울기값 취합모듈에서 출력되는 기울기값에 대응하는 태양광 스트링 또는 패널 및 어레이의 식별번호를 결합하여 상기 제어장치로 전송하는 전송모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양광 패널에는 상기 태양광 패널의 내부에 배치되어 인가된 전원에 의해 유색광을 출력하는 광원; 및 상기 광원의 전방에 배치되고 상기 태양광 스트링과 수평을 이루는 투명필름을 더 포함하여 구성되고, 상기 제어장치는 상기 드론장치를 통해 촬영된 영상에서 상기 광원으로부터 출력된 광원의 색상 농도, 크기에 근거하여 상기 태양광 패널의 표면 오염정보를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 방법은 인버터의 상태를 검출하는 모니터링 장치와 상기 태양광 스트링의 상태를 검출하는 스트링 감시장치로부터 검출된 정보를 수신하는 정보수신단계; 상기 정보수신단계에서 수신된 정보에 근거하여 태양광 발전소의 이상 여부를 판단하는 이상 여부 판단단계; 상기 이상 여부 판단단계의 판단결과 이상이 발생된 것으로 판단되면, 일시적 현상인지 지속적 현상인지를 판단하는 지속 여부 판단단계; 상기 지속 여부 판단단계의 판단결과 지속적 현상인 것으로 판단되면, 드론장치를 통해 이상 여부가 발생된 태양광 스트링의 영상을 촬영하고, 촬영된 영상을 수신하는 영상수신단계; 및 상기 영상수신단계에서 수신된 촬영영상에 근거하여 유지/관리를 위한 장비 및 인력을 산출하는 장비/인력 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 모니터링과 스트링 감시를 통해 대용량 태양광 발전소에서 이상이 발생된 구역을 특정할 수 있으므로, 점검에 소요되는 구역이 한정됨에 따라 유지 보수에 소요되는 시간 및 인력을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 이상 발생 구역이 특정됨에 따라 드론장치를 활용한 이상 여부를 확인하는 시간이 단축되고, 이상 발생 구역의 신속한 검출이 가능한 장점이 있다.
또한, 스트링 감시장치를 통해 일시적인 오류인지 지속적인 오류인지를 판단하여 이상 여부에 대한 정밀성을 높일 수 있는 장점이 있다.
이에 더하여, 드론장치로 촬영된 영상을 통해 태양광 패널의 이상 여부를 파악할 수 있고, 수집된 정보 및 드론장치로 촬영된 영상정보에 근거하여 이상 여부에 따라 복구 장비 및 인력을 적절히 투입하여 신속한 복구를 통한 지속적인 태양광 발전을 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 검출된 이상 여부의 정도 및 지속시간에 따라 복수 개의 단계로 구분하고, 구분된 단계마다 적절한 조치를 취하도록 구성됨으로써, 이상 발생의 선후관계를 고려한 유지/관리를 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 대한 개략적인 구성도,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용된 필터의 동작상태에 대한 단상 등가회로도,
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용된 모니터링 장치의 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용된 스트링 감시장치의 연결 구성도,
도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용된 기울기 검출장치의 기울기 센서 배치 구성도 및 내부 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용되어 태양광 패널의 오염정보를 검출하기 위한 일 실시 예를 나타낸 측단면도,
도 9는 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 방법에 대한 흐름도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용된 필터의 동작상태에 대한 단상 등가회로도,
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용된 모니터링 장치의 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용된 스트링 감시장치의 연결 구성도,
도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용된 기울기 검출장치의 기울기 센서 배치 구성도 및 내부 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용되어 태양광 패널의 오염정보를 검출하기 위한 일 실시 예를 나타낸 측단면도,
도 9는 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 방법에 대한 흐름도이다.
다음으로, 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하에서 동일한 기능을 하는 기술요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 중복 설명을 피하기 위하여 반복되는 상세한 설명은 생략한다.
또한, 이하에 설명하는 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 예를 효과적으로 보여주기 위하여 예시적으로 나타내는 것으로, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위하여 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 대한 개략적인 구성도이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템은 태양광 어레이(10), 접속반(20), 인버터(30), 모니터링 장치(100), 스트링 감시장치(200), 기울기 검출장치(300), 드론장치(400) 및 제어장치(500)를 포함하여 구성된다.
태양광 어레이(10)는 복수 개의 태양광 스트링(11)이 연결된 것이고, 태양광 스트링(11)은 복수 개의 패널이 연결된 구조이다.
이러한 태양광 스트링(11, 또는 패널)은 일반적으로 콘크리트 구조물인 베이스 플레이트에 H빔, 각형 또는 앵글 등을 포함하는 구조물에 지면으로부터 소정 이격되어 설치된다. 여기서, 상기 베이스 플레이트는 설치조건에 따라 생략되거나 지중에 매립될 수 있음은 물론이다.
상기 태양광 어레이(10)에서 생산된 직류전력은 접속반(20)에서 동일한 극성의 전압을 하나의 접속점으로 취합하게 된다. 또한, 접속반(20)의 후단에는 도면에 도시하지 않았으나 취합된 출력 전원을 일정한 직류링크 전압으로 유지시키는 DC 컨버터가 구성되고, 설계조건에 따라 생산된 직류전력을 저장하기 위한 에너지저장장치(ESS, Energy Storage System) 등이 더 설치될 수 있다.
인버터(30)는 접속반(20, 또는 ESS가 구성되는 경우 ESS 포함)에서 출력되는 직류전원을 계통의 교류전원으로 변환하여 계통에 공급한다.
상기의 구성에서, 인버터(30)의 교류전력 출력측과 계통 사이에는 교류전력을 계통의 전압으로 변성하기 위한 변압기(40)가 설치되고, 계통의 서지전압 또는 태양광 인버터(30)에 발생된 고조파를 감쇄시키기 위해 인버터(30)와 변압기(40) 사이에는 필터(50)가 더 설치될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용된 필터의 동작상태에 대한 단상 등가회로를 나타낸 것이다.
첨부된 도 2 및 도 3을 참조하면, 필터(50)는 직렬인덕터(51), 제1 스위치(52), 병렬인덕터(53) 및 제2 스위치(54)를 포함하여 구성된다.
직렬인덕터(51)는 계통의 단락전류의 크기를 제한하고, 제1 스위치(52)는 상기 직렬인덕터(51)와 병렬로 연결되어 상기 직렬인덕터(51)의 투입 여부를 제어한다.
병렬인덕터(53)는 사고 전압의 크기를 결정하고, 제2 스위치(54)는 상기 병렬인덕터(53)와 직렬로 연결되어 상기 병렬인덕터(53)의 투입 여부를 제어하는 기능을 수행한다.
여기서, 상기 병렬인덕터(53)를 대신하여 커패시터가 적용될 수 있으나, LC 구조의 고차 필터를 적용할 경우, 고조파 감쇄율은 증가되지만 L 구조의 1단 필터를 적용하거나 필터 계수의 조정이 부정확할 경우에는 공진의 위험이 발생하기 때문에, 본 발명에서는 직렬인덕터와 병렬인덕터 방식의 LL 구조가 적용된다.
상기의 구성을 통한 필터의 스위칭 동작을 살펴본다.
계통 전압이 정상상태에서 제1 스위치(52)는 닫힘 상태(close), 제2 스위치(54)는 열림 상태(open)로 유지되어 인버터(30)에서 출력되는 전력이 직렬인덕터(51)를 거치지 않고 제1 스위치(52)로 바이패스되어 계통에 공급(도 2 참조)된다.
계통 전압이 일정이상 저하되는 이상 상태로 판단되면, 제1 스위치(52)는 열림 상태(open), 제2 스위치(54)는 닫힘 상태(close)로 전환되어, 직렬인덕터(51) 및 병렬인덕터(53)가 계통에 투입되며, 이에 의해 계통에 무효전력이 공급(도 3 참조)된다.
계통 전압이 정상 상태로 복귀하는 경우에는 제1 스위치(52)는 닫힘 상태(close), 제2 스위치(54)는 열림 상태(open)로 전환(도 2 참조)되게 된다.
상기의 과정에서 제1 스위치(52) 동작과 제2 스위치(54) 동작 사이에는 각각 제1 지연시간 및 제2 지연 시간이 설정된다. 즉, 제1 스위치(52)가 열린 상태(open)로 전환되면서 제2 스위치(54)가 닫힌 상태(close)로 동시에 전환되게 되면, 직렬인덕터(51)와 병렬인덕터(53)가 동시에 계통에 투입되어 계통 임피던스가 급변하게 된다. 즉, 인피던스의 급변에 의해 전압에 스위칭 리플이 인가되게 된다.
즉, 제1 지연시간은 제1 스위치(52)가 동작(open)하여 직렬인덕터(51)가 계통에 투입된 후 제2 스위치(54)가 동작(on)하기까지의 시간이고, 제2 지연시간은 제2 스위치(54)가 동작(open)하여 병렬인덕터(53)가 계통에서 분리된 후 제1 스위치(52)가 동작(on)하기까지의 시간이다.
이에, 지연시간을 설정함으로써 계통 전압이 저전압 상태인 경우에는 직렬인덕터(51)가 투입된 이후 소정 시간 이후에 병렬인덕터(53)가 계통에 투입되게 되어 계통에 무효전력을 공급하게 되고, 계통 전압이 정상으로 복귀하는 경우에는 병렬인덕터(53)가 계통에서 분리된 이후 소정의 시간 이후에 직렬인덕터(51)가 계통에서 분리되어 유효전력을 공급하게 됨으로써, 스위칭 리플을 감소시킬 수 있게 된다.
모니터링 장치(100)는 원격에 배치되어 인버터(30)에 입력되는 직류전력과 출력되는 교류전력의 전력 상황을 검출하여 표시하는 기능을 수행하는 것으로서, 도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용된 모니터링 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 상기 모니터링 장치(100)는 전력제어부(110), 발전량예측부(120), 고장진단부(130), 발전현황산출부(140) 및 출력부(150)를 포함하여 구성된다.
전력제어부(110)는 태양광 어레이(10)에서 생산되는 전기에너지의 발전량 및 계통의 전력정보를 검출하여 계통에 공급 가능한 전력으로 인버터(30)의 전력을 제어하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 전력제어부(110)는 태양광 발전소에서 생산되는 전력 생산량 및 계통에서 부하로 공급되는 전력 공급량 등을 검출하여 관리한다.
발전량예측부(120)는 태양의 고도, 태양광의 입사 광량, 온도 및 습도에 근거하여 발전 예측량을 산출하는 기능을 수행한다.
태양광 발전소에서 생산되는 전력량은 태양광의 입사 광량 및 온도 등과 같은 기상 변화에 영향을 받게 되어 불안정하게 전력을 발생한다. 이에, 태양광 발전 설비에서 출력될 수 있는 전력량의 산출을 통해 계통 전력을 안정적으로 유지할 수 있는 요건이 예측될 수 있다.
특정 장소에서의 태양광에 의한 발전량을 사전에 예측하기 위해서는 과거에 측정된 데이터를 바탕으로 시계열적 분석을 통해 의미 있는 추세나 영향을 파악해야 한다. 이를 위해서 통상적으로는 지수평활법이나 자기회귀-이동평균 모형 등의 통계적 알고리즘이 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 적용되어 태양광 발전소에서 생산되는 발전량을 예측하는 발전량예측부(120)는, 태양광 어레이가 설치된 위치에서 측정된 기상상태의 측정기상정보에 근거한 발전량과, 측정기상정보에 따른 측정 시점에서의 발전량을 기초로 기상정보 제공장치로부터 수신된 수신기상정보에 근거하여 인버터의 예상 출력 발전량을 산출하여 출력되도록 구성된다.
부연하면, 상기 발전량예측부(120)는 태양광 어레이가 설치된 위치에서의 검출된 측정기상정보, 시간 및 날짜에 근거한 측정시점에서의 발전량을 검출하고, 인터넷 등의 통신망을 통해 제공되는 기상정보 제공장치(예를 들면, 기상청 서버 등)로부터 제공된 수신기상정보에 근거하여, 추정되는 발전 예측량을 산출하여 출력한다.
이때, 상기 발전량예측부(120)에서 산출되는 발전 예측량은 단기 발전 예측량, 중기 발전 예측량 및 장기 발전 예측량으로 구분하여 산출되도록 구성될 수 있다.
단기 발전 예측량은 수신기상정보의 수신 주기에 맞춰 생산되는 전력량을 예측하는 것으로서, 측정시점에서의 2 ~ 3시간 이후에 발전 가능한 예측량이다.
중기 발전 예측량은 1 ~ 2주 동안 생산되는 전력량을 예측하는 것이고, 장기 발전 예측량은 월 또는 분기별로 발전 가능한 예측량이다.
고장진단부(130)는 태양광 어레이, 접속반 및 인버터의 고장 여부를 진단하는 기능을 수행하는 것으로서, 접속반 및 인버터의 고장진단은 각각 접속반 및 인버터에 동기신호를 송출하고, 송출된 동기신호에 대한 응답신호의 수신여부에 따라 고장여부를 판단하도록 구성된다.
발전현황산출부(140)는 접속반에서 출력되는 생산 전력량에 대한 통계정보를 산출하는 것으로서, 상기 발전현황산출부(140)에서 산출되는 통계정보는 상기 접속반에서 출력되는 실시간 전력량, 금일 발전량, 시간별 발전량, 일별 발전량, 월별 발전량, 누적 발전량 등을 포함한다.
출력부(150)는 상기 전력제어부(110), 발전량예측부(120), 고장진단부(130) 및 발전현황산출부(140)에서 산출된 정보를 시각적으로 표시한다.
스트링 감시장치(200)는 개별단위의 태양광 스트링에서 생산되는 전력을 검출하여 태양광 스트링(11)의 이상 여부를 감시하는 기능을 수행한다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용된 스트링 감시장치의 연결 구성도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 상기 스트링 감시장치(200)는 접속반(20)에 연결되어 태양광 스트링에서 생산되는 전력을 감시하는 것으로 도시하였으나, 설계조건에 따라 상기 스트링 감시장치(200)는 도 5에 보인 바와 같이, 상기 접속반(20) 내부에 배치될 수 있다.
상기 스트링 감시장치(200)는 각각의 태양광 스트링에서 생산되는 전력을 감시하게 되는데, 이는 접속반(20)에 입력되는 전력선의 전력을 감시함으로써 태양광 스트링의 생산전력 상황을 감시할 수 있다.
예를 들어, 첨부된 도 5에 도시된 바와 같이, n개의 태양광 스트링(11a ~ 11n)이 구성된 경우, 상기 스트링 감시장치(200)는 태양광 스트링에 연결된 n개의 인입 전력선에 대한 각각의 전압/전류에 대한 전력값을 지속적으로 감시하고, 개별적으로 감시된 태양광 스트링에서 출력되는 각각의 전력값을 누적하거나 비교 분석하여 각각의 태양광 스트링에서 생산되는 전력을 감시한다.
부연하면, 상기 스트링 감시장치(200)는 제1 태양광 스트링(11a)의 생산전력, 제2 태양광 스트링(11b)의 생산전력 및 제n 태양광 스트링(11n)에서 생산전력을 개별적으로 감시하게 된다.
예를 들어, 태양광 스트링(11b)에서 출력되는 생산전력이 이웃하는 태양광 스트링(11a, 11c)에서 생산전력보다 상대적으로 낮은 경우, 상기 태양광 스트링(11b)에 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
즉, 상기 스트링 감시장치(200)는 태양광 스트링에서 생산되는 전력을 개별적으로 감시하는 상태에서, 하나의 태양광 스트링에서의 출력되는 생산전력이 이웃하는 태양광 스트링의 생산전력보다 상대적으로 낮은 경우, 생산전력이 상대적으로 낮은 태양광 스트링을 이상 발생 스트링으로 판단하게 된다.
구름 등의 음영에 의해 태양광 스트링의 생산전력이 일시적으로 감소될 수 있으나, 일시적 음영에 의한 전력 감소는 소정의 시간 경과로 해소될 수 있다. 그러나 지속적인 전력 감소는 이상이 발생된 것으로 볼 수 있다.
따라서, 상기 스트링 감시장치(200)는 각 태양광 스트링별 생산전력에 근거하여, 이상이 발생된 태양광 스트링이 소정의 시간이 경과 후에도 지속적인 생산전력의 저하가 유지되면 이상이 발생된 것으로 판단하고, 이를 출력하게 된다.
이와 같이, 상기 스트링 감시장치(200)는 태양광 스트링에서 생산되는 전력을 개별적으로 감시함에 따라, 이상이 발생된 태양광 스트링을 특정할 수 있고, 특정된 태양광 스트링의 위치를 쉽게 확인할 수 있게 된다.
상기 스트링 감시장치(200)에 의하면, 스트링 감시를 통해 대용량 태양광 발전소에서 이상이 발생된 구역을 특정할 수 있을 뿐만 아니라, 태양광 스트링의 이상 전력이 일시적인 오류인지 지속적인 오류인지를 판단할 수 있으며, 이상 여부에 대한 정밀성을 높일 수 있는 장점이 있다.
한편, 비교적 대규모의 태양광 발전소는 넓은 부지가 요구됨에 따라 매립지 또는 산지 등에 설치된다. 그러나 이러한 매립지 또는 산지 등은 지반상태가 연약하여 장마, 지진, 폭설 및 강풍 등의 자연재해에 의해 지반이 침하되거나 유실되는 경우가 빈번하다.
특히, 매립지 또는 산지의 연약지반 위에 설치되는 태양광 발전소의 경우, 지진, 강우 등으로 인한 지반침하가 발생될 가능성이 크고, 지반의 액상화 및 융기 현상 등으로부터 태양광 스트링(또는 패널)이 설치된 구조물의 안전을 담보하기 어렵다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용된 기울기 검출장치의 기울기 센서 배치 구성도 및 내부 구성도를 나타낸 도면이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명에 적용된 기울기 검출장치(300)는 기울기 센서모듈(310), 기울기값 취합모듈(320) 및 전송모듈(330)을 포함하여 구성된다.
기울기 센서모듈(310)은 태양광 스트링(또는 패널 및 어레이)을 지지하는 구조물(도면부호 미표시)에 설치되어 기울기 정도를 검출하는 기능을 수행하는 것으로서, 베이스 플레이트, 수직 프레임, 수평 프레임 및 태양광 스트링 프레임 등에 설치되어 상/하/좌/우의 기울기를 센싱할 수 있도록 복수 개 설치된다. 이때, 상기 기울기 센서모듈(310)은 설정된 일정 주기(예를 들면, 1 ~ 10분)로 동작될 수 있도록 구성되고, 상기 주기는 사용자의 조작에 의해 초단위 또는 시단위 등으로 변경가능하도록 구성된다.
기울기값 취합모듈(320)은 복수 개의 상기 기울기 센서모듈(310)에서 출력되는 기울기값을 취합하는 기능을 수행한다.
상기 기울기값 취합모듈(320)은 복수 개의 기울기 센서모듈(310)에서 검출된 기울기값을 수집하고, 수집된 기울기값을 전송모듈(330)로 전달한다.
전송모듈(330)은 상기 기울기값 취합모듈(320)에서 출력되는 기울기값에 대응하는 구조물(태양광 스트링 또는 패널 및 어레이)의 식별정보를 결합하여 제어장치(500)로 전송하는 기능을 수행한다.
여기서, 상기 식별정보에는 기울기값 취합모듈(320)에 대응하는 구조물의 ID 및 위치정보를 포함하여 구성된다.
이에, 상기 제어장치(500)는 식별정보에 대응하는 구조물의 기울기값을 저장 관리하고, 상기 전송모듈(330)로부터 전송된 구조물에 대응하는 기울기값의 차이값에 따라 주의, 경고 및 위험 등의 단계별 상태를 상기 모니터링 장치(100)를 통해 출력하도록 구성된다.
부연하면, 상기 제어장치(500)는 1개의 태양광 스트링에 대한 초기 기울기값을 저장한 상태에서 상기 전송모듈(330)로부터 전송된 기울기값이 저장된 기울기값과 비교하여, 차이값이 1°이하인 경우에는 주의, 1°를 초과하고 2°이하인 경우에는 경고 1, 2°를 초과하고 3°이하인 경우에는 경고 2, 3°를 초과하고 4° 이하인 경우에는 경고 3, 5°를 초과한 경우에는 위험 상황으로 세분하여 판단하고, 각 판단된 상황을 모니터링 장치(100)에 표시하도록 구성된다.
상기 기울기 검출장치(300)는 태양광 발전소 전체에 균일하게 배치하여 전체 구역의 지반 변동을 검출할 수 있도록 구성될 수 있으나, 취약 구역을 선정하고 선정된 취약 구역에 집중하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 기울기 검출장치(300)는 각각의 태양광 스트링(11, 또는 패널 및 어레이)에 대응하여 설치될 수 있으며, 태양광 스트링(11, 또는 패널 및 태양광 어레이)에 대응하여 설치되는 경우, 상기 식별정보에는 구조물의 ID 및 위치정보 뿐만 아니라 태양광 스트링(또는 패널 및 어레이)을 구별하는 ID 정보를 더 포함할 수 있다.
상기 기울기 검출장치(300)에 의하면, 구조물의 기울기 정도를 검출할 수 있으므로, 출력되는 기울기값에 근거하여 태양광 스트링(11, 또는 패널 및 어레이)의 변동 정도, 지각 변동의 범위 등을 신속히 검출할 수 있는 장점이 있다.
드론장치(400)는 태양광 어레이(10)의 상부 상공을 비행하면서 촬영된 영상을 전송하는 것으로서, 본체, 구동부, 위치 측정부, 카메라부, 통신부, 저장부 및 제어부로 구성될 수 있다.
구동부는 상기 드론장치(400)의 비행 구동과 관련된 모터, 프로펠러 등을 포함할 수 있으며, 상기 제어부의 제어에 따라 구동되어 상기 드론장치(400)를 상기 제어부가 의도하는 방향 및 고도로 비행시키도록 구성된다.
또한, 위치 측정부는 일반적인 GPS 모듈 이외에도, RTK GPS(Real Time Kinematic Global Positioning System) 모듈로 구성될 수 있다.
상기 RTK GPS 모듈은 실시간으로 상기 드론장치(400)의 현재 위치를 측정하며, 5cm 이내의 위치 오차로 매우 정밀한 위치 정보를 제공한다.
카메라부는 본체의 외측 일부에 설치(또는 장착)될 수 있으며, RGB로 구성된 가시광 영상(일반 영상)을 생성하는 가시광 카메라와 열화상 영상을 생성하는 열화상 카메라를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 가시광 카메라는 지면과 수직인 촬영 각도를 가지도록 상기 드론장치에 설치될 수 있다. 또한, 상기 열화상 카메라는 지면을 기준으로 경사지게 배치된 태양광 스트링의 표면이 정확하게 촬영되도록 하기 위해, 상기 태양광 스트링의 표면과 마주보도록 상기 가시광 카메라의 촬영 각도와 상이한 소정의 촬영각도로 상기 드론장치에 구성될 수 있다.
또한, 상기 카메라부는 상기 제어부의 제어에 의해 특정 영역에 대해 촬영 기능을 수행하고, 촬영에 의해 생성한 가시광 영상(일반 영상) 및 열화상 영상을 상기 제어장치(500)로 제공할 수 있다.
통신부는 상기 제어부의 제어에 의해 카메라부를 통해 촬영된 가시광 영상(일반 영상) 및 열화상 영상과 위치 정보를 포함하는 촬영정보, 상기 카메라부를 구성하는 가시광 카메라 및 열화상 카메라 각각의 촬영 각도에 대한 각도정보를 제어장치(500)로 전송한다.
여기서, 상기 각도정보에는 상기 카메라부에 포함된 가시광 카메라 및 열화상 카메라 중 적어도 하나의 PTZ(PAN/TILT/ZOOM) 값이 포함된다.
저장부는 상기 드론장치를 구동시키기 위한 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 드론장치의 동작을 위한 데이터 및 카메라부에서 촬영된 촬영정보 등이 저장 관리된다.
제어장치(500)는 모니터링 장치(100), 스트링 감시장치(200), 기울기 검출장치(300) 및 드론장치(400)로부터 전송된 정보에 근거하여 태양광 발전소의 이상 여부를 판단하고, 판단된 정보에 근거하여 유지 및 관리에 대한 정보를 산출하는 기능을 수행한다.
여기서, 유지 및 관리에 대한 정보로서 스트링별 생산전력, 기울기값, 접속반 및 인버터의 고장 정도, 예측된 발전량, 드론장치에 의해 촬영된 촬영정보, 전력상황, 발전현황 등을 포함하게 되고, 상기 제어장치(500)는 전송된 정보를 취합하여 태양광 발전소 내의 이상 여부를 판단하여 감시하며, 이상 발생으로 판단되는 경우에는 유지 및 관리에 대한 정보에 근거하여 복구에 소요되는 각 장비, 부품 및 인력 등을 산출하게 제공하게 된다.
이에 더하여, 구조물의 기울기 변화를 일으키는 주요 원인으로는 강우 및 강설이 있다.
따라서, 상기 제어장치(500)는 태양광 어레이(또는 태양광 발전소 내)에 인접하여 강우센서 및 강설센서 등을 구성하고, 상기 강우센서 및 강설센서로부터 검출된 강우값 및 강설값에 근거하여 태양광 발전소의 안전관리를 도모하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 강우센서 및 강설센서로부터 검출된 각각의 강우값 및 강설값은 단계별로 세분화하여 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제어장치(500)는 강우센서에서 검출된 강우값이 시간당 10㎜ 이하인 경우에는 정상, 시간당 10㎜를 초과하고 25㎜ 이하인 경우에는 주의, 시간당 25㎜를 초과하고 50㎜ 이하인 경우에는 경계, 시간당 50㎜를 초과하는 경우에는 위험으로 세분화되어 표시하도록 구성될 수 있다.
또한, 강설센서에서 검출된 강설값이 일일누적량 20㎝를 초과하고 30㎝ 이하인 경우에는 주의, 일일누적량 30㎝를 초과하고 50㎝ 이하인 경우에는 경계, 일일누적량 50㎝를 초과하는 경우에는 위험으로 세분하여 표시될 수 있다.
이러한 구성에서 상기 제어장치(500)는 주의로 판단된 경우에 대해서는 관심을 가지고 태양광 발전소 주변의 상황을 확인하도록 하는 메시지 또는 안내멘트가 모니터링 장치를 통해 출력되도록 구성된다.
또한, 상기 제어장치(500)는 경계로 판단된 경우에 대해서는 태양광 발전소 내의 중요 물품이동, 장비 상태 확인 취약 지역 점검/보수 등을 확인하도록 하는 메시지 또는 안내멘트가 모니터링 장치를 통해 출력되도록 구성되고, 위험으로 판단된 경우에 대해서는 태양광 발전소 전체적인 점검 및 보수를 요망하는 메시지 또는 안내멘트가 모니터링 장치를 통해 출력되도록 구성된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 상기 제어장치(500)는 스트링 감시장치(200)를 통해 태양광 스트링에 대한 상태 감시를 실시간으로 감시 및 기록하면서, 이상이 발견되면 실시간 모니터링 통해 이상 유무 통보 및 알람을 발생시키고, 이상 발생이 일시적인 이상인지 또는 지속적인 이상 인지를 판단하여 제공하게 된다.
또한, 상기 제어장치(500)는 지속적인 확인이 요구되는 경우, 시간적인 여유를 두고 정보를 분석하도록 구성될 수 있고, 모니터링의 판단 결과 지속적인 이상으로 판단되면 고장 진단이 필요함을 재차 통보하도록 구성될 수 있다.
아울러, 지속적인 이상 발생 시에는 드론장치로 이상이 발생된 스트링을 1차 점검 후 2차로 이상 모듈만 정밀 점검하여 이상 유무를 확인 및 판단할 수 있다.
한편, 태양광 패널은 비, 바람, 먼지, 눈 등의 악조건에 노출된다.
이에, 태양광 패널의 표면은 먼지(미세먼지), 이물질, 꽃가루, 송홧가루 등에 의해서 오염될 수 있고, 바람에 의해 비상된 물건 등에 의해 파손될 가능성이 높으며, 특히 강풍 등에 비상된 비닐 등에 의해서 태양광 패널 표면이 가려지는 음영이 발생될 수 있다. 이러한 악조건에 의해 발전효율이 저하됨은 당연하다.
이 중에서, 태양광 패널의 표면에 먼지 등이 부착되는 접착 오염은 태양광 발전소가 설치된 지리적 위치(예 소나무 군집지역), 주변의 환경(예 공장 등)에 의해 정도가 다르게 나타나지만, 사용시간이 경과될수록 그 정도는 가중되게 된다.
이에, 본 발명에서는 태양광 패널의 표면 오염을 드론장치로 검출할 수 있도록 하는 구성이 더 포함된다.
도 8은 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템에 적용되어 태양광 패널의 오염정보를 검출하기 위한 일 실시 예를 나타낸 측단면도이다.
첨부된 도 8을 참조하면, 태양광 패널(15)에는 상기 태양광 패널(15)의 내부에 배치되어 인가된 전원에 의해 유색광을 출력하는 광원(12) 및 상기 광원의 전방에 배치되고 상기 태양광 스트링과 수평을 이루는 투명필름(13)을 더 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 광원(12)은 적색 또는 녹색으로 이루어질 수 있고, 설계조건에 따라 상기 광원(12)이 백색광으로 대체되는 경우, 상기 투명필름(13)은 유색필름으로 대체될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 광원(12)은 상시 점등되는 것이 아니라, 드론장치(400)의 비행 시작에 맞춰 점등되고, 드론장치 비행의 종료에 맞춰 소등되게 구성됨이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 광원(12)은 태양광 발전소에서 생산되는 전력을 이용한 LED로 구성될 수 있다.
드론장치(400)는 태양광 어레이(10)의 상부를 비행하면서 태양광 어레이를 촬영하고, 촬영된 영상(가시광 영상 및 열화상 영상)을 제어장치(500)로 전송하게 된다.
이에, 상기 드론장치(400)로부터 전송된 영상에는 광원(12)으로부터 조사된 유색광의 점이미지가 포함되게 되고, 상기 제어장치(500)는 점이미지의 크기, 색 농도에 근거하여 태양광 패널 표면의 오염도를 검출할 수 있게 된다.
예를 들어, 태양광 패널 표면의 오염도가 증가되면, 투명필름 표면의 오염도도 증가하게 되며, 이에 투명필름을 통해 방출되는 광원의 색 농도가 저하되고, 점이미지의 크기는 오염물질에 의한 광산란으로 증대되게 된다.
이때, 상기 드론장치(400)에 의해 촬영된 영상에서 유색의 점이미지의 농도 및 크기는 촬영 시 드론장치와 태양광 패널 사이의 거리, 촬영 각도, 촬영 위치 및 주변의 조도 등에 영향을 받게 된다.
따라서 비교대상으로 설정되는 기본 점이미지의 크기 및 색 농도는 태양광 패널의 오염도가 낮은 상태에서 드론장치의 고도, 방위, 촬영 시간 및 조도에 근거하여 이루어지고, 오염도를 검출하기 위해 촬영하는 영상도 비교대상으로 설정되는 기본 점이미지를 검출하는 조건과 동일 조건에서 이루어져야 한다.
이와 같이, 상기의 구성에 의해 드론장치의 비행으로 촬영된 영상을 통해 태양광 패널 표면의 오염정보를 검출할 수 있고, 검출된 오염정보에 따라 유지 및 관리에 대한 보수계획을 수립할 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 방법에 대해서 설명한다.
본 발명은 스트링 감시장치를 통해 이상이 발생된 태양광 스트링을 특정하고, 특정된 태양광 스트링이 지속적으로 이상 신호가 발생되는 것으로 판단되면, 드론장치를 활용하여 이상 여부가 발생된 태양광 스트링을 촬영함으로써, 신속한 점검을 통해 빠른 대처를 수행하도록 하는 기술에 관한 것이다.
이에, 소규모의 태양광 발전소의 경우에는 모니터링 장치, 스트링 감시장치 및 고장 진단 시스템과 연계하여 실시간 감시가 수행되고, 대규모의 태양광 발전소의 경우에는 수백개의 태양광 스트링을 모니터링 장치, 스트링 감시장치 및 고장 진단 시스템과 연계하여 실시간 감시가 이루어진다.
실시간 감시가 이루어지는 상태에서, 이상 스트링이 발생되면, 시간적 여유를 두고 일시적인 현상인지 또는 지속적인 현상인지 판단한다.
만약, 일시적인 현상인 경우, 이상 신호는 정상으로 복귀하여 이상 신호의 출력이 정지되나, 지속적인 현상에 대해서는 점검대상 스트링으로 분류하여 점검을 수행할 수 있다.
이상 신호가 발생된 태양광 스트링에 대해서는 드론장치를 활용하여 제1차 및 제2차 점검이 수행된다.
제1차 점검은 이상 여부가 발생된 태양광 스트링의 부분 점검으로서, 태양광 스트링의 가시적 또는 물리적인 점검이 이루어진다. 예로, 드론장치를 활용하여 이상 여부의 태양광 스트링 부근을 촬영하여 태양광 스트링의 외형적인 이상 여부를 확인하게 된다.
제2차 점검은 정밀점검으로 이루어진다. 드론장치를 통해 해당 태양광 패널을 면밀히 촬영하게 된다.
이러한, 드론장치를 활용한 점검이 완료되면 인력 및 장비의 투입 여부가 결정된다.
이와 같은 본 발명은, 모니터링 장치, 스트링 감시장치 및 고장 진단 시스템 뿐만 아니라 기울기 검출장치 등과 연계되어 태양광 스트링을 감시하면서 고장 유무를 판단할 수 있으므로, 대규모의 태양광 발전소에서 이상 구역을 신속히 탐색할 수 있고, 점검 대상의 태양광 스트링을 육안으로 쉽게 확인이 가능한 장점이 있다.
즉, 본 발명에서와 같이, 드론장치를 활용한 태양광 발전소 점검 시 대규모 태양광 발전소의 넓은 부지 및 접근이 쉽지가 않은 태양광 발전소의 점검을 용이하게 할 수 있고, 드론장치의 기사광(일반) 촬영 및 열화상카메라 촬영을 통하여 기존 일반적인 육안 진단보다 정밀하게 태양광 발전소의 이상 유무를 진단할 수 있다.
또한, 드론장치 기반 열화상 카메라 활용 시 핸디형 열화상 카메라에 비해 점검 면적이 넓어지고, 일정하며 동일하게 측정을 할 수 있어서 오류 및 오차를 상대적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 스트링 감시 진단으로 고장 감지 위치를 확인하게 되면 드론장치가 빠르고 쉽게 고장 부위 위치를 접근이 가능하여 인력의 투입을 최소화할 수 있다.
또한, 스트링 감시 진단의 단점인 고장 유무의 판단 오류를 드론장치 촬영을 통해 보완할 수 있으므로, 스트링 감시장치와 드론장치가 시너지 효과를 발휘할 수 있다.
이에 더하여, 고장 진단에 대한 신속한 진단이 가능하게 되고 드론장치를 통한 오류 감소 및 고장 유무 분석이 용이하다.
도 9는 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 방법에 대한 흐름도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 방법은 정보수신단계(S10), 이상 여부 판단단계(S20), 지속 여부 판단단계(S30), 영상수신단계(S40) 및 장비/인력 산출단계(S50)를 포함하여 이루어진다.
1. 정보수신단계(S10)
정보수신단계(S10)는 인버터의 상태를 검출하는 모니터링 장치(100), 태양광 스트링의 상태를 검출하는 스트링 감시장치(200) 및 구조물의 기울기를 검출하는 기울기 검출장치(300)로부터 검출된 정보를 수신하는 단계이다.
상기 모니터링 장치, 스트링 감시장치 및 기울기 검출장치는 주기, 비주기(사용자의 조작에 의해 동작) 또는 실시간으로 동작될 수 있고, 제어장치(500)는 상기 모니터링 장치 및 스트링 감시장치의 동작에 따른 검출정보를 수신한다.
여기서, 상기 검출정보는 전력제어부, 발전량예측부, 고장진단부 및 발전현황산출부에서 출력되는 결과값, 태양광 스트링의 생산전력, 구조물의 기울기값, 강우값, 강설값 등을 포함한다.
2. 이상 여부 판단단계(S20)
이상 여부 판단단계(S20)는 상기 정보수신단계(S10)에서 수신된 정보에 근거하여 태양광 발전소의 이상 여부를 판단하는 단계이다.
즉, 상기 이상 여부 판단단계(S20)는 상기 제어장치(500)에서 상기 모니터링 장치 및 상기 스트링 감시장치로부터 전송된 검출정보에 근거하여 이상 여부를 판단하는 것으로서, 이상 요인에 대한 단계(주의, 경고, 위험)별로 이상 여부를 판단한다.
3. 지속 여부 판단단계(S30)
지속 여부 판단단계(S30)는 상기 이상 여부 판단단계(S20)의 판단결과 이상이 발생된 것으로 판단되면, 일시적 현상인지 지속적 현상인지를 판단하는 단계이다.
이때, 상기 지속 여부 판단단계(S30)는 시간과 관여된다. 즉, 일부의 비정상 동작은 시간 경과에 따라 정상으로 복귀되는 경우도 있다.
따라서 상기 지속 여부 판단단계(S30)는 소정의 시간 누적되는 정보값에 따라 이상에 대한 지속 여부를 판단하게 된다.
4. 영상수신단계(S40)
영상수신단계(S40)는 상기 지속 여부 판단단계(S30)의 판단결과 지속적 현상인 것으로 판단되면, 드론장치(400)를 통해 이상 여부가 발생된 태양광 스트링의 상공을 비행시켜 영상(가시광 영상 및 열화상 영상)을 촬영하고, 촬영된 영상을 수신하는 단계이다.
5. 장비/인력 산출단계(S50)
장비/인력 산출단계(S50)는 상기 영상수신단계(S40)에서 수신된 촬영 영상에 근거하여 유지/관리를 위한 장비 및 인력을 산출하는 단계이다.
즉, 상기 장비/인력 산출단계(S50)는 상기 제어장치(500)를 통해 입력된 정보, 예를 들면 구조물의 기울기 정도, 기울어진 구조물의 개수, 전력이 생산되지 않거나 미흡한 태양광 스트링의 개수 등을 입력받고, 입력받은 정보에 대응하는 장비, 부품 및 인력을 산출하여 제공한다.
본 발명에 의하면, 모니터링과 스트링 감시를 통해 대용량 태양광 발전소에서 이상이 발생된 구역을 특정할 수 있으므로, 유지 보수에 소요되는 시간 및 인력을 최소화할 수 있고, 이상 발생 구역이 특정됨에 따라 드론장치를 활용한 이상 여부를 확인에 소요되는 시간이 단축되고, 이상 발생 구역의 신속한 검출이 가능한 장점이 있다.
또한, 스트링 감시장치를 통해 일시적인 오류인지 지속적인 오류인지를 판단하여 이상 여부에 대한 정밀성을 향상시킬 수 있고, 이에 대한 유지 보수 관리를 통해 발전량을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 검출된 이상 여부의 정도 및 지속시간에 따라 복수 개의 단계로 구분하고, 구분된 단계마다 적절한 조치를 취하도록 구성됨으로써, 이상 발생의 선후관계를 고려한 유지/관리를 수행할 수 있는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 태양광 발전소의 운영/관리 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위 및 발명의 설명, 첨부한 도면의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위내에 속한다.
10: 태양광 어레이 11: 태양광 스트링
20: 접속반 30: 인버터
40: 변압기 50: 필터
100: 모니터링 장치 110: 전력제어부
120: 발전량예측부 130: 고장진단부
140: 발전현황산출부 150: 출력부
200: 스트링 감시장치 300: 기울기 검출장치
400: 드론장치 500: 제어장치
20: 접속반 30: 인버터
40: 변압기 50: 필터
100: 모니터링 장치 110: 전력제어부
120: 발전량예측부 130: 고장진단부
140: 발전현황산출부 150: 출력부
200: 스트링 감시장치 300: 기울기 검출장치
400: 드론장치 500: 제어장치
Claims (6)
- 복수 개의 태양광 스트링이 연결된 태양광 어레이, 상기 태양광 어레이로부터 생산된 직류전력을 직렬 또는 병렬로 연결하여 취합하는 접속반, 상기 접속반에서 출력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 계통에 공급하는 인버터를 포함하는 태양광 발전소에 있어서,
상기 인버터의 상태를 검출하는 모니터링 장치;
상기 태양광 스트링의 상태를 감시하는 스트링 감시장치;
태양광 패널이 설치되는 구조물의 기울기를 검출하는 기울기 검출장치;
상기 태양광 어레이의 상부 상공을 비행하면서 촬영된 영상을 전송하는 드론장치; 및
상기 모니터링 장치, 스트링 감시장치, 기울기 검출장치 및 드론장치로부터 전송된 정보에 근거하여 상기 태양광 발전소의 이상 여부를 판단하고, 판단된 정보에 근거하여 유지 및 관리에 대한 정보를 산출하는 제어장치; 를 포함하고,
상기 태양광 패널에는,
상기 태양광 패널의 내부에 배치되어 인가된 전원에 의해 유색광을 출력하는 광원; 및
상기 광원의 전방에 배치되고 상기 태양광 스트링과 수평을 이루는 투명필름; 을 더 포함하여 구성되고,
상기 제어장치는,
상기 드론을 통해 촬영된 영상에서 상기 광원으로부터 출력된 유색광의 색상 농도, 크기에 근거하여 상기 태양광 패널의 표면 오염정보를 검출하며,
상기 광원은 상시 점등되지 않고 상기 드론의 비행 시작에 맞춰 점등되고, 드론 비행의 종료에 맞춰 소등되게 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전소의 운영/관리 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 모니터링 장치는,
상기 태양광 어레이에서 생산되는 전기에너지의 발전량 및 상기 계통의 전력상황을 검출하여 관리하는 전력제어부;
태양의 고도, 태양광의 입사 광량, 온도 및 습도에 근거하여 발전 예측량을 산출하는 발전량예측부;
상기 태양광 스트링, 접속반 및 인버터의 고장 여부를 진단하는 고장진단부;
상기 접속반에서 출력되는 생산 전력량에 대한 통계정보를 산출하는 발전현황산출부; 및
상기 전력제어부, 발전량예측부, 고장진단부 및 발전현황산출부에서 출력되는 결과값을 표시하는 모니터링부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전소의 운영/관리 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 스트링 감시장치는,
상기 태양광 스트링에 연결된 인입 전력선에 대한 각각의 전력값을 지속적으로 감시하고, 감시된 상기 전력값을 누적하거나 비교 분석하여 각각의 태양광 스트링에서 생산되는 전력을 감시하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전소의 운영/관리 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기울기 검출장치는,
상기 태양광 패널을 지지하는 구조물에 설치되는 복수 개의 기울기 센서모듈;
복수 개의 상기 기울기 센서모듈에서 출력되는 기울기값을 취합하는 기울기값 취합모듈; 및
상기 기울기값 취합모듈에서 출력되는 기울기값에 대응하는 태양광 스트링 또는 패널 및 어레이의 식별번호를 결합하여 상기 제어장치로 전송하는 전송모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전소의 운영/관리 시스템.
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