KR102398902B1 - 빅데이터 기반의 태양광 모듈 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 빅데이터 기반의 태양광 모듈 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 태양광 모듈 단위의 모니터링을 수행하여 기상 조건과 태양광 모듈별 상태간 상관관계에 대한 정보를 가지는 빅 데이터를 통해 성능 저하 원인을 보다 다양하고 상세하게 진단할 수 있도록 하며, 더욱이 태양광 모듈의 수명에 결정적인 영향을 미치는 태양광 모듈별 습기를 감지하여 설정값 이상이 될 때 해당 태양광 모듈의 과 습기 상태 정보를 출력함과 아울러 해당 태양광 모듈을 건조하여 습기를 제거하는, 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 빅데이터 기반의 태양광 모듈 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 태양광 모듈 단위의 모니터링을 수행하여 기상 조건과 태양광 모듈별 상태간 상관관계에 대한 정보를 가지는 빅 데이터를 통해 성능 저하 원인을 보다 다양하고 상세하게 진단할 수 있도록 하며, 더욱이 태양광 모듈의 수명에 결정적인 영향을 미치는 태양광 모듈별 습기를 감지하여 설정값 이상이 될 때 해당 태양광 모듈의 과 습기 상태 정보를 출력함과 아울러 해당 태양광 모듈을 건조하여 습기를 제거하는, 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전 설비는 태양으로부터 입사되는 빛에너지를 전기 에너지로 변환하여 수집하고, 수집된 전기 에너지를 저장하는 한편, 수집단계에서 직류로 변환된 전기 에너지를 교류 에너지로 변환시켜 변압기로 입력시키도록 된 것이다.
종래 기술에 따른 태양광 발전 설비 대부분은 다수개의 태양광 모듈과 인버터로 구성된 태양광 발전 설비는 햇빛을 받아서 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식에 의하고 있다. 즉, 다수개의 태양광 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결하여, 태양광 인버터의 입력 전압 허용범위를 고려하여 선정된 태양광 모듈의 발전 출력전압이 인버터에 입력되게 되고, 다수개의 태양광 모듈의 출력단은 접속반의 접속단자를 통해 직, 병렬 형태로 인버터의 입력단에 연결되게 된다.
이 접속반을 경유하여 직류 전력이 인버터에 공급됨으로써, 인버터의 입력인 직류 전력이 교류 전력으로 변환되어 출력되며, 인버터는 계통과 동기운전을 하면서 정현파 전류를 부하기기 및 계통에 공급한다.
한편, 이와 같은 태양광 발전 설비의 발전 상태를 감시하고 이상 유무를 분석하기 위한 목적으로 다수의 태양광 모듈의 발전 상태를 감시하고, 발전 전압/전류, 태양광 모듈의 온도, 주위 온도, 일사량 등 발전 상태의 분석에 필요한 데이터를 상시 감시할 필요가 있다.
이와 관련하여, 종래 기술에 따른 태양광 모듈의 모니터링 시스템은 넓은 범위로 설치되어 운전되고 있는 태양광 모듈의 전압, 전류 등 단순한 계측 기능만을 제공함에 따라 태양광 모듈의 이상 발생시 정확한 고장위치와 고장 원인을 판별해낼 수 없는 단점이 있었다.
태양광 발전 시스템을 운용함에 있어서 태양광 모듈의 고장을 검출하고 운전 상태를 모니터링하는 기능은 시스템의 신뢰성 향상을 위해 필수 불가결한 요소이다.
만일, 태양광 발전 시스템의 어느 한 부분에서라도 고장이 발생된 상태로 고장에 대한 조치없이 계속해서 운전된다면, 정상적인 발전이 불가함은 물론 화재나 기타 안전에 심각한 문제가 발생될 수 있기 때문이다.
이에 국내등록특허 10-1491013 등에서는 태양광 모듈의 고장 여부를 즉각 검출하고, 후속 조치를 취할 수 있도록 하는 방법을 개시하고 있으나, 이는 태양광 모듈의 정확한 위치를 안내하지는 못하는 단점이 있다. 또한, 고장 원인을 누설 전류 발생, 과열 등과 같은 회로 문제에 한해서만 분석할 수 있는 한계도 가진다.
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 태양광 모듈 단위의 진단 동작이 수행될 수 있도록 하는, 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 기상 조건과 태양광 모듈별 동작 상태간 상관관계에 대한 정보를 가지는 빅 데이터를 구축하고 활용하여, 태양광 모듈 각각의 성능 저하 원인을 보다 다양하고 상세하게 진단할 수 있도록 하는, 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 태양광 모듈의 수명에 결정적인 영향을 미치는 태양광 모듈별 습기를 감지하여 설정값 이상이 될 때 해당 태양광 모듈의 과 습기 상태 정보를 출력함과 아울러 해당 태양광 모듈을 건조하여 습기를 제거하는, 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시형태에 의한 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템은 다수의 태양광 모듈 각각에 연결되어 태양광 모듈의 상태 정보를 획득하는 복수의 모뎀; 상기 다수의 태양광 모듈의 후면에서 열화상 촬영하여 태양광 모듈의 습기를 감지하도록 구성된 습기 감지부; 상기 복수의 모뎀 및 습기 감지부로부터 태양광 모듈의 상태 정보 및 습기 정보를 수집하여 기록 및 저장하는 데이터 로그; 상기 데이터 로그로부터 태양광 모듈의 상태 정보 및 습기 정보를 수집하고, 기상청 컴퓨터로부터 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 획득하여, 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기상 조건별 및 태양광 모듈별로 분류 및 통계하여 빅 데이터를 구축하고, 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보 및 습기 정보를 분석하여 성능저하 상태의 태양광 모듈을 검출하여 해당 태양광 모듈의 성능저하 원인이 회로 문제인지, 기상 문제인지, 태양광 모듈 표면 오염, 태양광 모듈의 습기 문제에 의한 것인지 판단하여 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력하고 제어신호를 출력하는 태양광 모듈 개별 모니터링 장치; 및 상기 태양광 모듈 개별 모니터링 장치에 의해 동작이 제어되어 태양광 모듈을 개별적으로 건조시키도록 구성된 태양광 모듈 건조 장치를 포함하며: 상기 태양광 모듈 개별 모니터링 장치는 상기 습기 감지부로부터 감지 신호를 인가받아 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하는 지의 여부를 결정하여 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재할 경우, 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력함과 아울러 상기 태양광 모듈 건조 장치를 동작시켜 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈을 건조시키는 것을 특징으로 한다.
상기 실시형태에 의한 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템은, 상기 태양광 모듈을 개별적으로 냉각시키도록 구성된 태양광 모듈 냉각 장치; 상기 태양광 모듈의 표면을 개별적으로 청소하도록 구성된 태양광 모듈 표면 청소 장치를 더 포함하며: 상기 태양광 모듈 개별 모니터링 장치는 상기 다수의 모뎀으로부터 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 획득하는 상태 정보 수신부; 상기 기상청 컴퓨터로부터 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 획득하는 기상 데이터 획득부; 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기상 조건별 및 태양광 모듈별로 분류 및 통계하여 빅 데이터를 구축하는 빅 데이터 관리부; 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기 설정된 기준 정보와 비교 분석하여 성능저하 상태의 태양광 모듈을 검출하는 성능저하 모듈 검출부; 상기 성능저하 상태의 태양광 모듈의 상태 정보를 정밀 분석하여 성능저하 원인이 회로 문제에 의한 것인지 결정하거나, 상기 빅 데이터를 기반으로 상기 성능저하 상태의 태양광 모듈의 상태 정보를 비교 분석하여 성능저하 원인이 기상 조건 악화에 의한 것인지 또는 태양광 모듈 표면 오염에 의한 것임을 결정하는 성능저하 원인 분석부; 상기 습기 감지부로부터 태양광 모듈 각각의 습기 정보를 획득하는 습기 정보 수신부; 상기 태양광 모듈 각각의 습기 정보를 분석하여 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하는 지의 여부를 결정하는 습기 모듈 검출부; 상기 성능 저하 원인 분석부 및 습기 모듈 검출부로부터 각각 결정된 태양광 모듈의 성능 저하 원인 결과와 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈 결과를 안내하는 진단 정보를 작성하여 관리자 단말에 제공하는 진단 결과 통보부; 및 상기 성능 저하 원인 분석부 및 습기 모듈 검출부로부터 결정된 결과에 따라 스위칭 동작되어 상기 태양광 모듈 냉각 장치, 태양광 모듈 표면 청소 장치 및 태양광 모듈 건조 장치의 동작을 제어하도록 구성된 시스템 제어부를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 태양광 모듈 개별 모니터링 방법은, 기설정된 기간 동안 복수의 모뎀으로부터 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 수집하고 기상청 컴퓨터로부터 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 획득하여, 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기상 조건별 및 태양광 모듈별로 분류 및 통계하여 빅 데이터를 구축하는 단계; 상기 복수의 모뎀으로부터 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 획득함과 아울러 상기 기상청 컴퓨터로부터 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 획득하는 단계; 습기 감지부로부터 태양광 모듈별 습기 정보를 획득하는 단계; 상기 획득된 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기설정된 기준 정보와 비교 분석하여 성능 저하 상태의 태양광 모듈이 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계; 상기 성능 저하 상태의 태양광 모듈 존재 여부 결정 단계에서 성능 저하 상태의 태양광 모듈이 존재하면, 해당 성능 저하 상태의 태양광 모듈의 상태 정보를 정밀 분석하여, 성능 저하 원인이 회로 문제 인지의 여부를 결정하는 단계; 및 상기 회로 문제 여부 결정 단계에서 회로 문제이면 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 실시형태에 의한 태양광 모듈 개별 모니터링 방법은, 상기 성능 저하 상태의 태양광 모듈 존재 여부 결정 단계에서 성능 저하 상태의 태양광 모듈이 존재하지 않으면, 태양광 모듈의 상태 정보와 태양광 모듈의 설치 지역의 기상 조건을 기반으로 빅데이터를 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 실시형태에 의한 태양광 모듈 개별 모니터링 방법은 상기 회로 문제 여부 결정 단계에서 회로 문제가 아니면, 빅데이터를 기반으로 상기 획득된 태양광 모듈 각각의 상태 정보와 기상 조건을 추가 분석하여 성능 저하 원인이 기상 문제인지의 여부를 결정하는 단계를 더 포함하고; 상기 기상 문제 여부 결정 단계에서 성능 저하 원인이 기상 문제이면 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력할 수 있다.
상기 다른 실시형태에 의한 태양광 모듈 개별 모니터링 방법은 상기 기상 문제 여부 결정 단계에서 성능 저하 원인이 기상 문제가 아니면, 상기 획득된 태양광 모듈의 습기 정보를 분석하여 설정값 이상이 되는 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계; 상기 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈 존재 여부 결정단계에서 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하면 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력하는 단계; 및 해당 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈을 태양광 모듈 건조 장치를 이용하여 건조시켜 습기를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 실시형태에 의한 태양광 모듈 개별 모니터링 방법은 상기 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈 존재 여부 결정단계에서 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하지 않으면 성능 저하 원인이 태양광 모듈 표면 오염에 의한 것으로 결정하고 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 의한 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템 및 방법에 의하면, 데이터 로그로부터 태양광 모듈의 상태 정보 및 습기 정보를 수집하고, 기상청 컴퓨터로부터 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 획득하여, 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기상 조건별 및 태양광 모듈별로 분류 및 통계하여 빅 데이터를 구축하고, 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보 및 습기 정보를 분석하여 성능저하 상태의 태양광 모듈을 검출하여 해당 태양광 모듈의 성능저하 원인이 회로 문제인지, 기상 문제인지, 태양광 모듈 표면 오염, 태양광 모듈의 습기 문제에 의한 것인지 판단하여 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력하고 제어신호를 출력하도록 구성됨으로써, 태양광 모듈 단위의 진단 동작이 수행될 수 있도록 하고, 기상 조건과 태양광 모듈별 동작 상태간 상관관계에 대한 정보를 가지는 빅 데이터를 구축하고 활용하여, 태양광 모듈 각각의 성능 저하 원인을 보다 다양하고 상세하게 진단할 수 있도록 한다는 뛰어난 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에 의한 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템 및 방법에 의하면, 태양광 모듈의 수명에 결정적인 영향을 미치는 태양광 모듈별 습기를 감지하여 설정값 이상이 될 때 해당 태양광 모듈의 과 습기 상태 정보를 출력함과 아울러 해당 태양광 모듈을 건조하여 습기를 제거할 수 있다는 다른 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 발전 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 모듈 개별 모니터링 장치의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 빅 데이터의 데이터 구조를 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 모듈 개별 모니터링 장치의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 빅 데이터의 데이터 구조를 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 발전 시스템의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 모듈 개별 모니터링 장치의 상세 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 발전 시스템은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 태양광 모듈 각각(PV)에 연결된 모뎀(110,120,130), 습기 감지부(140), 인버터(200), 데이터 로거(300), 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400), 태양광 모듈 냉각 장치(A), 태양광 모듈 표면 청소 장치(B) 및 태양광 모듈 건조 장치(C)를 포함할 수 있다.
다수의 모뎀(110,120,130)은 다수의 태양광 모듈(PV) 각각에 연결되어 태양광 모듈(PV) 각각의 상태 정보(예를 들어, 전압, 전류, 온도 등)를 획득하여, 유선 또는 무선 방식으로 데이터 로거(300)에 제공하는 역할을 한다.
다수의 모뎀 각각(110,120,130)은 고유한 IP 주소를 가지도록 함으로써, 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(140)가 모뎀의 IP 주소를 기반으로 태양광 모듈 각각을 식별하고, 개별 모니터링할 수 있도록 한다.
다수의 모뎀(110,120,130)은 태양광 모듈(PV) 각각에 구비되는 모뎀(110)만으로 구성될 수 있으나, 필요한 경우 태양광 모듈(PV)이 모듈, 스트링 및 어레이의 계층 구조로 연결됨을 고려하여, 모뎀(110,120,130)이 모듈, 스트링 및 어레이의 계층 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 본 발명은 구간별 IP 주소 범위 할당을 통하여 모뎀 각각(110,120,130) 각각의 고유 IP 주소를 할당할 수 있도록 한다. 즉, 가.나.다.XXX(가: 데이터로거 주소, 나: 어레이 모뎀 주소, 다: 스트링 모뎀 주소, XXX: 모듈 모뎀 주소(0~ 255))의 형식으로 IP 주소를 할당함으로써, 다수의 모듈 모뎀(110) 각각이 속한 스트링 모뎀, 스트링 모뎀, 어레이 모뎀, 그리고 데이터 로거(300)를 한눈에 파악할 수 있도록 한다. 본 발명에 따르면, 모듈 모뎀(110), 스트링 모뎀(120), 어레이 모뎀(130) 및 데이터로거(300)의 네트워크 구성 형상을 기반으로 사설 IP 주소 기반의 IP 네트워크가 적용될 수 있으며, 사설 IP 주소로 할당될 수 있는 범위 중 가장 넓은 범위인 10.ZZZ.YYY.XXX 서브 네트워크 매핑을 통하여 대규모의 태양광 발전 시스템에도 IP 계층화 네트워크를 적용할 수 있다.
습기 감지부(140)는 다수의 태양광 모듈(PV)의 후면에서 열화상 촬영하여 태양광 모듈(PV)의 습기를 감지하는 역할을 한다. 습기가 태양광 모듈(PV)에 침투하여 배출되지 않으면 태양광 모듈(PV)의 수명에 치명적인 영향을 미친다. 태양광 모듈(PV)에 습기가 침투한 경우 촬영된 열화상은 고온 스팟이 검출되게 되므로 태양광 모듈(PV)의 습기 침투여부를 용이하게 파악할 수 있다. 습기 감지부(140)는 열화상 촬영하여 태양광 모듈(PV)의 습기 정도를 검출한 후 이에 상응하는 감지신호를 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)에 제공한다.
인버터(200)는 다수의 태양광 모듈(PV)로부터 전송되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 계통 또는 배터리 등에 제공하는 역할을 한다.
인버터(200)의 전단 또는 뒷단에 위치되는 데이터 로거(300)는 다수의 모뎀(110,120,130) 및 습기 감지부(140)로부터 전송되는 태양광 모듈별 상태 정보 및 습기 정보를 수집하여 기록 및 저장하여 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)에 전달한다.
태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)는 인버터(200)의 동작 상태를 기반으로 태양광 발전 시스템의 발전량을 예측 및 산출하여 관리자 단말(500) 등에 통보하도록 한다.
또한, 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)는 데이터 로그(300)로부터 태양광 모듈(PV)의 상태 정보 및 습기 정보를 수집하고, 기상청 컴퓨터로부터 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 획득하여, 태양광 모듈(PV) 각각의 상태 정보를 기상 조건별 및 태양광 모듈별로 분류 및 통계하여 빅 데이터를 구축하고(기상 조건과 태양광 모듈의 상태 정보간 상관관계에 대한 정보를 빅데이터로 구축함), 태양광 모듈(PV) 각각의 상태 정보 및 습기 정보를 분석하여 성능저하 상태의 태양광 모듈(PV)을 검출하여 해당 태양광 모듈(PV)의 성능저하 원인이 회로 문제인지, 기상 문제인지, 태양광 모듈 표면 오염, 태양광 모듈의 습기 문제에 의한 것인지 판단하여 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 관리자 단말(500)에 출력하거나, 진단 결과에 상응하여 태양광 모듈 냉각 장치(A), 태양광 모듈 표면 청소 장치(B) 및 태양광 모듈 건조 장치 (C)에 제어신호를 출력하여 구동을 제어함으로써 태양광 모듈(PV)의 성능 저하원인이 자동 해소되도록 하였다.
태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상태 정보 수신부(410), 기상 데이터 획득부(420), 빅 데이터 관리부(430), 성능 저하 모듈 검출부(440), 성능 저하 원인 분석부(450), 습기 정보 수신부(480), 습기 모듈 검출부(490), 진단 결과 통보부(460) 및 시스템 제어부(470)를 포함한다.
참고로, 본 발명의 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)는 상기의 구성요소 이외에 태양광 발전 시스템의 발전량을 예측 및 산출하도록 하는 구성 요소를 추가적으로 구비할 수 있으나, 이는 종래 기술에 따르도록 하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)는 습기 감지부(140)로부터 감지 신호를 인가받아 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하는 지의 여부를 결정하여 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재할 경우, 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력함과 아울러 태양광 모듈 건조 장치(C)를 동작시켜 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈을 건조시키는 역할을 한다.
상태 정보 수신부(410)는 다수의 태양광 모듈(PV) 각각에 연결된 다수의 모뎀(110,120,130)으로부터 제공되는 태양광 모듈(PV) 각각의 상태 정보를 획득하는 역할을 한다.
기상 데이터 획득부(420)는 태양광 모듈 설치 지역의 기상 데이터, 즉 기상 조건을 획득하는 역할을 한다. 여기서, 기상 조건은 계절, 날씨, 일사량, 풍향, 풍속, 황사, 미세 먼지, 온도, 강우량, 적설량 등일 수 있으며, 태양광 발전 시스템에 자체적으로 구비된 기상 센서를 통해 획득되거나, 외부의 기상청 컴퓨터에 접속하여 태양광 모듈 설치 지역의 기상 데이터를 요청 및 제공받는 방식으로 획득될 수 있을 것이다.
빅 데이터 관리부(430)는 기상 조건과 태양광 모듈 동작 상태간 상관관계에 대한 정보를 가지는 빅데이터를 구축 및 관리하는 역할을 한다.
도 3은 본 발명의 빅 데이터의 데이터 구조를 도시한 도면으로, 이를 참고하면, 본 발명에서는 기설정시간 동안 태양광 모듈(PV) 각각의 상태 정보와 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 수집한 후, 수집된 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기상 조건별 및 태양광 모듈별로 분류 및 통계하여, 빅 데이터를 구축할 수 있음을 알 수 있다. 그리고 빅 데이터가 구축 완료된 후에도 태양광 모듈 각각의 상태 정보와 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 수집 및 분석하여, 빅 데이터가 지속적으로 갱신될 수 있도록 한다. 또한, 성능 저하 상태의 태양광 모듈을 통해 획득된 상태 정보는 폐기 처리함으로써, 빅 데이터의 신뢰성을 안정적으로 보장할 수 있도록 한다.
성능 저하 모듈 검출부(440)는 다수의 모뎀(110,120,130)으로부터 전송되는 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기설정된 기준 정보(예를 들어, 정상 동작 범위의 전압, 전류, 온도)와 비교 분석하여, 성능저하 상태의 태양광 모듈을 검출하도록 한다.
성능 저하 원인 분석부(450)는 성능저하 상태의 태양광 모듈이 검출되면, 성능저하 상태의 태양광 모듈의 상태 정보를 정밀 분석하여, 성능저하 원인이 회로문제에 의한 것인지 결정하거나, 빅 데이터를 기반으로 성능저하 상태의 태양광 모듈의 상태 정보를 비교 분석하여, 성능저하 원인이 기상 조건 악화에 의한 것인지 또는 태양광 모듈 표면 오염에 의한 것인지를 결정하는 역할을 한다.
습기 정보 수신부(480)는 습기 감지부(140)로부터 태양광 모듈 각각의 습기 정보를 획득하여 습기 모듈 검출부(490)에 제공하는 역할을 한다.
습기 모듈 검출부(490)는 태양광 모듈 각각의 습기 정보를 분석하여 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하는 지의 여부를 결정하는 역할을 한다.
진단 결과 통보부(460)는 성능 저하 원인 분석부(450) 및 습기 모듈 검출부(49)로부터 각각 결정된 태양광 모듈의 성능 저하 원인 결과와 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈 결과를 안내하는 진단 정보를 작성하여 관리자 단말(500)에 제공하는 역할을 한다.
시스템 제어부(470)는 성능 저하 원인 분석부(450) 및 습기 모듈 검출부(490)로부터 결정된 결과에 따라 스위칭 동작되어 태양광 모듈 냉각 장치(A), 태양광 모듈 표면 청소 장치(B) 및 태양광 모듈 건조 장치(C)의 동작을 제어하는 역할을 한다.
태양광 모듈 냉각 장치(A)는 시스템 제어부(470)에 의해 동작이 제어되어 태양광 모듈(PV)을 개별적으로 냉각시키는 역할을 한다.
태양광 모듈 표면 청소 장치(B)는 시스템 제어부(470)에 의해 동작이 제어되어 태양광 모듈(PV)의 표면을 개별적으로 청소하는 역할을 한다.
태양광 모듈 건조 장치(C)는 시스템 제어부(470)에 의해 동작이 제어되어 태양광 모듈(PV)을 개별적으로 건조시키는 역할을 한다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 의한 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템에 의해 구현되는 태양광 모듈 개별 모니터링 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 방법을 설명하기 위한 플로우챠트로서, 여기서 S는 스텝(step)을 나타낸다.
먼저, 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)는 기설정된 기간 동안 기상청 컴퓨터로부터 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 획득함과 아울러 복수의 모뎀(110, 120, 130)으로부터 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 수집한 후, 수집된 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기상 조건별 및 태양광 모듈별로 분류 및 통계함으로써, 기상 조건과 태양광 모듈별 동작 상태간 상관관계에 대한 정보를 가지는 빅 데이터를 구축하도록 한다(S10).
스텝 S10을 통해 빅 데이터가 구축된 상태에서, 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)는 다수의 태양광 모듈(PV) 각각에 연결된 모뎀(110,120,130)을 통해 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 획득하고, 기상 데이터 획득부(420)를 통해 기상 데이터를 획득하며(S20), 습기 정보 수신부(480)를 통해 태양광 모듈별 습기 정보를 획득한다(S30).
이어서, 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)는 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기설정된 기준 정보(즉, 정상 동작 범위의 전압, 전류, 온도)와 비교 분석하여 태양광 모듈 각각의 동작 상태를 진단하여서(S40), 성능 저하 상태의 태양광 모듈이 존재하는 지의 여부를 결정한다(S50).
만약, 상기 스텝(S50)에서 전압, 전류, 온도 중 적어도 하나가 정상 동작 범위를 벗어난 태양광 모듈, 즉 성능저하 상태의 태양광 모듈이 검출되지 않으면(아니오), 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)는 스텝 S20를 통해 획득된 태양광 모듈 각각의 상태 정보와 기상 데이터를 기반으로 빅 데이터를 갱신한 후(S55), 상기 스텝(S20)으로 진행된다.
한편, 상기 스텝(S50)에서 전압, 전류, 온도 중 적어도 하나가 정상 동작 범위를 벗어난 태양광 모듈, 즉 성능저하 상태의 태양광 모듈이 검출되면(예), 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)는 해당 태양광모듈의 상태 정보를 정밀 분석하여(S60), 성능 저하 원인이 회로 문제 인지의 여부를 결정한다(S70).
예를 들어, 태양광 모듈의 입력 단자간 전류차가 임계 전류차 이상인 경우에는 누설 전류에 의한 성능 저하가 발생했다고 결정하고, 태양광 모듈의 온도가 기설정 기간동안 임계 온도값 이상을 유지하거나 온도가 기설정기간 동안 계속적으로 상승하고 있는 경우에는 과열에 의한 성능 저하가 발생했다고 결정하고, 태양광 모듈의 전압 및 전류 모두가 기 설정값 이하인 상태를 유지하는 경우에는 태양광 모듈 열화로 인한 성능 저하가 발생했다고 결정하도록 한다.
스텝(S70)에서 성능 저하 원인이 회로 문제이면(예), 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 관리자 단말(500)에 출력한 후(S80), 상기 스텝(S20)으로 진행된다.
한편, 상기 스텝(S70)에서 성능 저하 원인이 회로 문제가 아니면(아니오), 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)는 빅데이터를 검색하여 해당 태양광 모듈의 기상 조건과 태양광 모듈 동작 상태간 상관 관계 정보를 획득하여 획득된 상관관계 정보를 기반으로 해당 태양광 모듈의 상태 정보 및 기상 데이터를 분석하여(S90), 성능 저하 원인이 기상 문제에 의한 것인지의 여부를 결정한다(S100). 즉, 현재의 기상 조건하에서 획득되는 상태 정보가 빅 데이터에 의해 규정된 범위에 속하는 것이라면, 해당 태양광 모듈의 성능 저하 원인이 기상 문제에 의한 것이라고 결정한 후(예), 상기 스텝(S80)으로 진행된다.
만약 스텝(S100)에서 성능 저하 원인이 기상 문제가 아니라면(아니오), 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)가 상기 스텝(S30)에서 획득된 태양광 모듈의 습기 정보를 분석하여 설정값 이상이 되는 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하는 지의 여부를 결정한다(S110).
상기 스텝(S110)에서 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하면(예), 태양광 모듈 개별 모니터링 장치(400)가 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 관리자 단말(500)에 출력한 후(S130), 해당 태양광 모듈을 태양광 모듈 건조 장치(C)를 이용하여 건조시켜 습기를 제거하고(S140), 상기 스텝(S20)으로 진행된다.
한편, 상기 스텝(S110)에서 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하지 않으면(아니오), 성능 저하 원인이 태양광 모듈 표면 오염에 의한 것으로 결정하고(S120), 상기 스텝(S80)으로 진행된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템 및 방법에 의하면, 데이터 로그로부터 태양광 모듈의 상태 정보 및 습기 정보를 수집하고, 기상청 컴퓨터로부터 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 획득하여, 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기상 조건별 및 태양광 모듈별로 분류 및 통계하여 빅 데이터를 구축하고, 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보 및 습기 정보를 분석하여 성능저하 상태의 태양광 모듈을 검출하여 해당 태양광 모듈의 성능저하 원인이 회로 문제인지, 기상 문제인지, 태양광 모듈 표면 오염, 태양광 모듈의 습기 문제에 의한 것인지 판단하여 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력하고 제어신호를 출력하도록 구성됨으로써, 태양광 모듈 단위의 진단 동작이 수행될 수 있도록 하고, 기상 조건과 태양광 모듈별 동작 상태간 상관관계에 대한 정보를 가지는 빅 데이터를 구축하고 활용하여, 태양광 모듈 각각의 성능 저하 원인을 보다 다양하고 상세하게 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템 및 방법에 의하면, 태양광 모듈의 수명에 결정적인 영향을 미치는 태양광 모듈별 습기를 감지하여 설정값 이상이 될 때 해당 태양광 모듈의 과 습기 상태 정보를 출력함과 아울러 해당 태양광 모듈을 건조하여 습기를 제거할 수 있다.
PV: 태양광 모듈
110, 120, 130: 모뎀
140: 습기 감지부
200: 인버터
300: 데이터 로그
400: 태양광 모듈 개별 모니터링 장치
500: 관리자 단말
110, 120, 130: 모뎀
140: 습기 감지부
200: 인버터
300: 데이터 로그
400: 태양광 모듈 개별 모니터링 장치
500: 관리자 단말
Claims (7)
- 다수의 태양광 모듈 각각에 연결되어 태양광 모듈의 상태 정보를 획득하는 복수의 모뎀;
상기 다수의 태양광 모듈의 후면에서 열화상 촬영하여 태양광 모듈의 습기를 감지하도록 구성된 습기 감지부;
상기 복수의 모뎀 및 습기 감지부로부터 태양광 모듈의 상태 정보 및 습기 정보를 수집하여 기록 및 저장하는 데이터 로그;
상기 데이터 로그로부터 태양광 모듈의 상태 정보 및 습기 정보를 수집하고, 기상청 컴퓨터로부터 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 획득하여, 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기상 조건별 및 태양광 모듈별로 분류 및 통계하여 빅데이터를 구축하고, 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보 및 습기 정보를 분석하여 성능저하 상태의 태양광 모듈을 검출하여 해당 태양광 모듈의 성능저하 원인이 회로 문제인지, 기상 문제인지, 태양광 모듈 표면 오염, 태양광 모듈의 습기 문제에 의한 것인지 판단하여 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력하고 제어신호를 출력하는 태양광 모듈 개별 모니터링 장치; 및
상기 태양광 모듈 개별 모니터링 장치에 의해 동작이 제어되어 태양광 모듈을 개별적으로 건조시키도록 구성된 태양광 모듈 건조 장치를 포함하며:
상기 태양광 모듈 개별 모니터링 장치는 상기 습기 감지부로부터 감지 신호를 인가받아 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하는 지의 여부를 결정하여 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재할 경우, 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력함과 아울러 상기 태양광 모듈 건조 장치를 동작시켜 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈을 개별적으로 건조시키고,
상기 복수의 모뎀은 각각 고유의 IP 주소를 가지므로 상기 태양광 모듈 개별 모니터링 장치가 상기 모뎀의 IP 주소를 기반으로 태양광 모듈 각각을 식별하고, 개별 모니터링할 수 있으며,
상기 태양광 모듈 개별 모니터링 장치는 상기 빅데이터 구축 후에도 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보와 상기 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 수집 및 분석하여 상기 빅데이터가 갱신될 수 있도록 하며, 성능 저하 상태의 태양광 모듈의 상태 정보는 폐기 처리하는 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 태양광 모듈을 개별적으로 냉각시키도록 구성된 태양광 모듈 냉각 장치;
상기 태양광 모듈의 표면을 개별적으로 청소하도록 구성된 태양광 모듈 표면 청소 장치를 더 포함하며:
상기 태양광 모듈 개별 모니터링 장치는
상기 다수의 모뎀으로부터 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 획득하는 상태 정보 수신부;
상기 기상청 컴퓨터로부터 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 획득하는 기상 데이터 획득부;
상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기상 조건별 및 태양광 모듈별로 분류
및 통계하여 빅 데이터를 구축하는 빅 데이터 관리부;
상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기설정된 기준 정보와 비교 분석하여
성능저하 상태의 태양광 모듈을 검출하는 성능저하 모듈 검출부;
상기 성능저하 상태의 태양광 모듈의 상태 정보를 정밀 분석하여 성능저하 원인이 회로 문제에 의한 것인지 결정하거나, 상기 빅 데이터를 기반으로 상기 성능저하 상태의 태양광 모듈의 상태 정보를 비교 분석하여 성능저하 원인이 기상 조건 악화에 의한 것인지 또는 태양광 모듈 표면 오염에 의한 것임을 결정하는 성능저하 원인 분석부;
상기 습기 감지부로부터 태양광 모듈 각각의 습기 정보를 획득하는 습기 정보 수신부;
상기 태양광 모듈 각각의 습기 정보를 분석하여 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하는 지의 여부를 결정하는 습기 모듈 검출부;
상기 성능 저하 원인 분석부 및 습기 모듈 검출부로부터 각각 결정된 태양광 모듈의 성능 저하 원인 결과와 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈 결과를 안내하는 진단 정보를 작성하여 관리자 단말에 제공하는 진단 결과 통보부; 및
상기 성능 저하 원인 분석부 및 습기 모듈 검출부로부터 결정된 결과에 따라 스위칭 동작되어 상기 태양광 모듈 냉각 장치, 태양광 모듈 표면 청소 장치 및 태양광 모듈 건조 장치의 동작을 제어하도록 구성된 시스템 제어부를 포함하는 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템. - 제 1 항에 기재된 빅데이터 기반의 태양광 모듈 개별 모니터링 시스템을 이용한 태양광 모듈 개별 모니터링 방법으로서:
기설정된 기간동안 복수의 모뎀으로부터 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 수집하고 기상청 컴퓨터로부터 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 획득하여, 상기 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기상 조건별 및 태양광 모듈별로 분류 및 통계하여 빅 데이터를 구축하는 단계;
상기 복수의 모뎀으로부터 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 획득함과 아울러 상기 기상청 컴퓨터로부터 태양광 모듈 설치 지역의 기상 조건을 획득하는 단계;
습기 감지부로부터 태양광 모듈별 습기 정보를 획득하는 단계;
상기 획득된 태양광 모듈 각각의 상태 정보를 기설정된 기준 정보와 비교 분석하여 성능 저하 상태의 태양광 모듈이 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계;
상기 성능 저하 상태의 태양광 모듈 존재 여부 결정 단계에서 성능 저하 상태의 태양광 모듈이 존재하면, 해당 성능 저하 상태의 태양광 모듈의 상태 정보를 정밀 분석하여, 성능 저하 원인이 회로 문제 인지의 여부를 결정하는 단계; 및
상기 회로 문제 여부 결정 단계에서 회로 문제이면 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 태양광 모듈 개별 모니터링 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 성능 저하 상태의 태양광 모듈 존재 여부 결정 단계에서 성능 저하 상태의 태양광 모듈이 존재하지 않으면, 태양광 모듈의 상태 정보와 태양광 모듈의 설치 지역의 기상 조건을 기반으로 빅데이터를 갱신하는 단계를 더 포함하는 태양광 모듈 개별 모니터링 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 회로 문제 여부 결정 단계에서 회로 문제가 아니면, 빅데이터를 기반으로 상기 획득된 태양광 모듈 각각의 상태 정보와 기상 조건을 추가 분석하여 성능 저하 원인이 기상 문제인지의 여부를 결정하는 단계를 더 포함하고;
상기 기상 문제 여부 결정 단계에서 성능 저하 원인이 기상 문제이면 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력하는 태양광 모듈 개별 모니터링 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 기상 문제 여부 결정 단계에서 성능 저하 원인이 기상 문제가 아니면, 상기 획득된 태양광 모듈의 습기 정보를 분석하여 설정값 이상이 되는 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계;
상기 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈 존재 여부 결정단계에서 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하면 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력하는 단계; 및
해당 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈을 태양광 모듈 건조 장치를 이용하여 건조시켜 습기를 제거하는 단계를 더 포함하는 태양광 모듈 개별 모니터링 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈 존재 여부 결정단계에서 설정값 이상의 습기를 가진 태양광 모듈이 존재하지 않으면 성능 저하 원인이 태양광 모듈 표면 오염에 의한 것으로 결정하고 이에 상응하는 진단 정보를 생성하여 출력하는 단계를 더 포함하는 태양광 모듈 개별 모니터링 방법.
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