KR102431446B1 - 고장패널을 검출하기 위한 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고장패널을 검출하기 위한 태양광 발전장치에 관한 것이다. 본 발명은 다수의 태양광 패널과 상기 태양광 패널의 전류를 감지하는 전류센서와, 상기 전류센서의 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터와 상기 인버터의 변환 결과를 통하여 전류센서로부터 전류의 측정데이터를 전류의 측정데이터를 전달받는 정보처리장치를 포함한 태양광 발전장치에 있어서, 상기 다수의 태양광 패널과 상기 전류센서는 태양광 패널에서 불량이 발생한 경우, 전류값이 정상대비 낮아진 전류센서의 조합으로 불량 패널을 검출하는 연결구조를 가지며, 상기 조합을 이용하여 불량패널을 검출하는 관계식은 이하의 식, [식 1] P = 2ⁿ- 2 (여기서, P는 태양광 패널의 갯수이고, n은 전류센서의 개수)로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

고장패널을 검출하기 위한 태양광 발전장치{Sun light electric generator for detecting malfunction panel}

본 발명은 고장패널을 검출하기 위한 태양광 발전장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 태양광패널과 전류센서의 컴비네이션을 이용하여 고장패널의 위치를 판별할 수 있는 고장패널을 검출하기 위한 태양광 발전장치에 관한 것이다.

태양광은 직접적으로 햇빛을 사용해 전기를 생산하는 방식으로, 태양광을 이용한 전지를 PV전지(태양전지)라고 부른다. 하나의 판에 전지 여러 개가 묶여서 태양열 패널을 이루는 구조로서, 여러개가 결합되어 하나의 태양광 발전장치가 되는 것이다.

도 1은 일반적인 태양광의 회로도인데, 태양광 패널에서 생산하는 전류센서의 연결 구조를 보여준다.

상기 전류센서는 실시간으로 태양광 패널의 전류와 전압을 측정하고, 측정 데이터를 메인 컴퓨터로 전달하며, 전달받은 데이터를 이용하여 태양광 패널의 고장 유무와 고장난 패널의 위치를 판단한다. 이러한 방법은 태양광 패널 1개당 1개의 센서가 필요하므로 대규모 태양광 발전에 적용할 경우 센서 수 증가에 의한 가격 상승이 발생하는 문제가 있다.

또한, 태양광 패널의 고장을 정확하게 감지하지 못하면 전체 시스템의 발전효율은 급격히 감소하며 고장난 태양광 패널의 위치를 찾아내는데 많은 시간이 걸린다는 문제점이 발생한다.

그리고, 앞에서도 언급했지만 정확한 불량패널의 위치를 찾기 위하여 태양광 패널 1개당 전류센서 1개를 사용할 경우 전류센서 갯수 증가에 따른 단가상승의 문제도 발생한다.

따라서, 최근에 이러한 전류센서 갯수의 증가와 위치를 찾는데 있어서의 어려움 등과 같은 문제점을 해결하기 위한 알고리즘과 시스템의 개발이 지속적으로 있어 왔다.

대한민국 특허출원 제2019-0050187호 대한민국 특허출원 제2018-0005210호 대한민국 특허공개 제2012-0126079호

따라서, 본 발명은 고장 등과 같은 불량이 발생한 태양광 패널의 신속한 위치 파악을 할수 있는 고장패널을 검출하기 위한 태양광 발전장치를 제공할 수 있는 것을 목적으로 한다.

또한, 전류센서의 갯수를 줄일수 있는 태양광 패널과 전류센서의 연결구조를 제공하고자 하는 데 있다.

또한, 이러한 태양광 발전장치의 구성요소를 모니터링하는 장치를 제공하고자 한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 다수의 태양광 패널과 상기 태양광 패널의 전류를 감지하는 전류센서와, 상기 전류센서의 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터와 상기 인버터의 변환 결과를 통하여 전류센서로부터 전류의 측정데이터를 전류의 측정데이터를 전달받는 정보처리장치를 포함한 태양광 발전장치에 있어서,상기 다수의 태양광 패널과 상기 전류센서는 태양광 패널에서 불량이 발생한 경우, 전류값이 정상대비 낮아진 전류센서의 조합으로 불량 패널을 검출하는 연결구조를 가지며, 상기 조합을 이용하여 불량패널을 검출하는 관계식은 이하의 식,

[식 1] P = 2ⁿ- 2 (여기서, P는 태양광 패널의 갯수이고, n은 전류센서의 개수)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 태양광 패널(P1~ P6)과 상기 전류센서(A1~ A3)와의 연결구조는 상기 전류센서가 A1 일 때, 상기 태양광 패널은 P1, P2, P4, 상기 전류센서가 A2 일 때, 상기 태양광 패널은 P2, P3, P5, 상기 전류센서가 A3 일 때, 상기 태양광 패널은 P1, P3, P6인 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 상기 불량 패널의 검출은 상기 전류센서들의 전류를 측정하고, 상기 측정한 전류의 평균값을 계산하고, 상기 평균값이 400mA 이상이면 모든 측정전류를 비교하여 최대 전류를 지정하고, 상기 최대 전류와 나머지 전류 측정값을 비교하여 상기 최대전류보다 6% 이상 낮은지 판단하고, 6% 이상 낮으면 해당하는 전류센서의 낮은 전류값을 5분 동안 모니터링하고, 5분이상 지속되면, 해당하는 전류센서의 컴비네이션을 이용하여 고장패널의 번호와 위치를 알리는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 평균값이 400mA 미만이면 기상조건에 의한 측정불가로 간주하여 종료하고, 상기 최대전류보다 측정값이 6% 이상이면 고장패널이 없은 것으로 간주하여 종료하고, 상기 5분 미만으로 지속되면 일시적인 음영으로 판단하여 종료하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 기존 태양광 발전장치에 있어서, 정확한 불량패널의 위치를 찾기 위한 시간의 낭비와 전류센서의 갯수가 필요한 데 따른 단가 상승의 문제를 해결할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 일반적인 태양광의 회로도
도 2는 태양광 발전장치의 구조도.
도 3은 태양광 패널과 전류센서의 연결구조를 나타내는 도면.
도 4는 14개의 태양광 패널이 있는 고장진단 시스템의 사진
도 5는 태양광 패널과 전류센서의 결합구조의 회로도.
도 6은 불량패널을 검출하는 방법의 순서를 나타내는 도면.
도 7은 태양광 발전장치에 모니터링 장치가 결합된 것을 나타낸 구조도.
도 8은 모니터링 장치의 개략적인 구성도.
도 9는 태양광 발전장치를 모니터링하는 방법을 나타낸 흐름도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광발전 모니터링 시스템의 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 RTU의 구성을 도시한 블럭도.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감시서버의 구성을 도시한 블럭도.

이하에서는 본 발명의 양호한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시가 되더라도 가능한 한 동일 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위하여 사용된 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현도 의미하는 것임을 미리 밝혀두고자 한다.

도 2는 태양광 발전장치의 구조도이고, 도 3은 태양광 패널과 전류센서의 연결구조를 나타내는 도면이고, 도 4는 14개의 태양광 패널이 있는 고장진단 시스템의 사진이고, 도 5는 태양광 패널과 전류센서의 결합구조의 회로도이고, 도 6은 불량패널을 검출하는 방법의 순서를 나타내는 도면이고, 도 7은 태양광 발전장치에 모니터링장치가 결합된 것을 나타낸 구조도이고, 도 8은 모니터링장치의 개략적인 구성도이고, 도 9는 태양광 발전장치를 모니터링하는 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광발전 모니터링 시스템의 도면이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 RTU의 구성을 도시한 블럭도이고, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감시서버의 구성을 도시한 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 고장패널을 검출하기 위한 태양광 발전장치(100)는 다수의 태양광 패널(10)과 상기 태양광 패널(10)의 전류를 감지하는 전류센서(20)와, 상기 전류센서(20)의 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터(30)와 상기 인버터(30)의 변환 결과를 통하여 태양광 발전을 수행하도록 하는 정보처리장치(40)로 이루어진다. 참고로, 상기 태양광 패널(10)의 갯수는 특별한 제한은 없지만, 5~ 50개의 범위가 바람직할 것이다.

상기 태양광 패널(10)은 태양광 태양광 모듈이라고도 불리우며, 하나의 판에 태양전지 여러 개가 격자형 구조로 결합되어 이루어진다.

전류센서(20)는 태양광 패널(10)의 전류의 고저(高低)에 따라 불량을 검출하기 위하여 상기 태양광패널(10)과 연결된 구조로 이루어진다. 상기 전류센서(20)는 전원부(미도시)에 연결되어, 태양광 패널(10)의 발전 전류량을 실시간으로 측정할 수 있다.

상기 전원부는 역전류를 태양광 패널(10)에 전송할 수도 있다. 상기 전원부에는 배터리(미도시)가 형성되고, 상기 배터리는 전류를 저장하는 저장소로써, 본 발명의 태양광 발전장치(100)에 사용되는 축전기이거나 또는 전력소에서 전달되는 전력을 임시 저장하는 축전기일 수 있다.

다시 말하면, 배터리는 태양광 패널(10)로부터 생성된 전류를 저장하거나 또는 전력소로부터 송출된 전류를 저장할 수도 있는 것이다.

상기 인버터(30)는 상기 태양광 패널(10)로부터 생성되는 직류(DC) 전류를 교류(AC) 전류로 변환시키는 역할을 하는 것이다.

전원부에 의해 패널(10)로 전류가 공급됨에 따라, 인버터(120)는 음극(-) 단자(미도시), 양극(+) 단자(미도시)와 연결된 리드선(도면부호는 생략)으로부터 전송된 직류 전력을 수신하여, 이를 교류 전력으로 변환한다. 상기 교류전력은 전력을 소모하는 상기 배터리로 공급된다.

상기 인버터(30)의 변환 결과를 통하여 전류센서(20)로부터 전류의 측정데이터를 정보처리장치(40)로 전달시키는 것이다.

여기서, 상기 정보처리장치(40)는 대표적인 것으로 PC, 휴대폰 단말기를 들수가 있으며, 이에 국한되지 않는다는 것을 밝혀두고자 한다.

도 3을 참조하면, 이하의 표 1은 3개의 전류 센서 (A1, A2, A3)로 6개의 태양광 패널(P1 ∼ P6)의 불량을 검출하기 위한 연결 구조를 보여준다. 이때, 태양광 패널에서 불량이 발생한 경우 표 2와 같이 전류 값이 정상 대비 낮아진 전류 센서의 combination으로 불량 패널을 검출할 수 있다.

[표 1] 각 전류센서에 연결된 태양광 패널

상기 표 1과 도 3에 나타난 바와 같이, 태양광 패널(10 : P1~ P6)과 상기 전류센서(A1~ A3)와의 연결구조는 상기 전류센서(20)가 A1 일 때, 상기 태양광 패널(10)은 P1, P2, P4, 상기 전류센서(20)가 A2 일 때, 상기 태양광 패널(10)은 P2, P3, P5, 상기 전류센서가 A3 일 때, 상기 태양광 패널(10)은 P1, P3, P6인 것이다.

상기와 같이, Look up Table 형태인 Combination을 이용하여 태양광 패널의 개수 P와 필요한 전류 센서의 수 n의 관계를 도출하면 P = 2ⁿ - 2를 얻을 수 있다. 이 식에서 ‘- 2’는 태양광 패널(10)이 모든 전류센서(20)에 연결된 경우와 모든 전류센서(20)에 연결되지 않은 경우를 제외해야 하므로 추가되었다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 태양광 패널(10)과 상기 전류센서(20)는 태양광 패널(10)에서 불량이 발생한 경우, 전류값이 정상 대비 낮아진 전류센서의 조합으로 불량 패널을 검출하는 연결구조이다. 상기 조합을 이용하여 불량패널을 검출하는 관계식은 P = 2ⁿ - 2인 것이다. 상기 표 1을 가지고 예를 들면, P(태양광패널의 갯수)는 6이고, n(전류센서의 갯수)은 3이므로 6 = 2³ - 2가 되는 것이다.

상기 표 1을 가지고 고장패널과 전류값이 낮아진 전류센서(20)로 다시 구분하면 이하 표 2와 같다.

[표 2] 고장패널 검출을 위한 전류센서의 컴비네이션

상기 표 2를 설명하면, 만일, A1 ~ A3인 전류센서(20)중에서 A1, A3가 기준치보다 전류센서(20)의 전류값이 낮을 경우, 고장패널이 P1이 되는 것이고, A1, A2가 기준치보다 낮을 경우에는 고장패널은 P2가 되는 형태로 이루어진 것이며, A1하나만 기준치보다 낮으면 P4가 고장패널이 되는 것이다.

도 4는 14개의 태양광 패널(10)이 있는 고장진단 시스템(100')의 사진이다. 상기와 같은 형태로 갖추어 불량 패널을 검출하는 실험을 실시하였다.

태양광 패널(10) (88 mm x 142 mm, 최대 출력 1.9 W) 14개와 전류센서(본 사진에서는 미도시) (INA219, 최대 측정전압: 26 V, 최대 측정 전류: 3.2 A, 허용오차: ±0.8 mA) 4개, 아두이노 Uno 4개를 이용하여 태양광 패널 고장진단 시스템(100)을 구성하였다.

맑은 날 태양광 패널(10)과 전류센서(20)를 야외에 설치하고 모든 태양광 패널이 정상동작 할 때와 P2, P5, P6, P14가 각각 고장으로 동작할 때 측정된 전류값을 비교하고(표 5), 고장진단 알고리즘이 올바르게 동작하는지 검증하였다. 고장 동작하는 태양광 패널(10)은 검은 천으로 가리는 것으로 하였다.

모든 태양광 패널이 정상으로 동작할 때 전류센서(20)의 전류는 모두 990 mA 이상으로 측정되었다. P2, P5, P6, P14의 각 패널이 고장 동작하는 조건에서는 전류 측정값이 Amax(∼990 mA) 보다 6% 낮은(∼930 mA) 센서를 검출하고, 고장진단 알고리즘에 의해 5분의 추가 모니터링 후 해당 전류센서의 combination 결과(Look up table)를 이용하여 고장진단 시스템(100')에서 고장동작하는 태양광 패널 위치(번호)를 정확히 진단하는 것을 검증하였다.

이때, 각 태양광 패널(10)과 전류센서(20)의 연결은 도 5와 이하의 표 3과 같다.

[표 3] 각 전류센서에 연결된 14개의 태양광 패널

상기 표 3을 가지고 고장난 패널을 검출하기 위한 A1~ A4의 컴비네이션 조건을 만들기 위한 combination 조건은 이하 표 4와 같다.

[표 4] 고장 패널을 검출하기 위한 A1~ A4의 컴비네이션 조건

상기 [표 4]에서와 같이 만일, P2, P5, P6, P14가 고장이 났을 경우를 가정하면, 이하 [표 5]에서와 같다. 고장난 태양광 패널의 전류는 930mA 이하(붉은 숫자로 표시)가 된다.

[표 5] P2, P5, P6, P14가 고장일때, 각 전류센서의 전류값

[표 5]에 나타나 있듯이, 정상 동작하는 모든 태양광 패널(10)은 990mA 이상인데, P2, P5, P6, P14만 930mA 이하인 891, 898, 895mA 등이 되므로 고장난 것으로 간주한다.

이와 같이, 도 4에 태양광 패널(10) 14개, 전류센서(도시는 생략) 4개, 아두이노 Uno 4개(도면부호는 생략)를 이용하여 태양광 패널 고장진단 시스템(100')을 구성하고 동작을 검증시켰다.

상기와 같이 서술한대로, 다수의 태양광 패널을 사용하는 태양광 발전에서 태양광 모듈의 고장진단을 위한 전류센서의 갯수는 P= 2ⁿ - 2이므로 전류센서(20)의 감축을 도모할 수 있는 것이다.

즉, 태양광 패널(10)과 전류 센서(20)의 Combination을 이용하는 방법으로 전류센서(20)의 수를 최소화하고, 고장이 발생한 태양광 패널(10)을 진단할수 있을 뿐 아니라 아울러, 고장난 태양광 패널(10)의 위치를 태양광 패널(10)과 전류센서(20)와의 연결구조를 통하여 신속 정확하게 판별할 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여 불량 패널을 검출하는 방식의 절차에 대하여 설명하기로 한다. 상기 설명한 실시예에서 중복되는 설명은 어느정도 생략하기로 한다.

a) 태양광 패널(10)과 연결된 전류센서(10)들의 전류를 측정한다.

태양광 패널(10)과 연결되어 있는 전류센서(20)를 통하여 태양광 패널(10)에서 흐르는 전류를 측정하는 것이다.

b) 상기 a)에서 측정한 전류의 평균값을 계산한다.

즉, 측정한 전류의 평균값을 계산하여 평균값이 400mA 이상인지 판단하는 것이다. 그 이유는, 측정하였던 패널(10)의 전류값 조건에서 패널당 400mA가 안되면 날이 흐리거나 비가 오는 것으로 간주하여 절차(알고리즘)를 종료시키는 것이다.

즉, 흐린 날이나 비 또는 눈 등이 오는 경우를 미리 사전에 필터링하는 것이다.

c) 상기 평균값이 400mA 이상이면 모든 측정전류를 비교하여 최대 전류를 지정한다. 즉, 평균값이 400mA 이상일 경우, 측정할 때 올바른 데이터가 나올수 있는 것으로 판단하는 것이다.

앞에서도 설명했지만, 상기 c)에서 평균값이 400mA 미만이면 기상조건에 의한 측정불가로 간주하여 절차를 종료한다. 상기 400mA 미만인 경우의 기준은 흐리거나 비, 눈이 올 경우에, 그 평균값은 400mA 미만이 되기 때문이다.

다시 말해서, 흐린 날이나 또는 비나 눈이 오는 경우에는 전체적으로 기온이 하락하여 온도가 낮아지므로, 전류센서(20)에서 전류가 덜 생기게 되므로 측정되는 전류값이 400mA 미만이 될 가능성이 매우 농후하기 때문이다.

따라서, 전류의 평균값이 400mA 이상이면 올바른 데이터가 나오는 것으로 판단하여 정상적인 측정이 가능한 것이다. 참고로, 상기 평균값의 기준치인 400nmA라는 기준은 장소 등에 따라서 가변될 수 있는 것임을 밝혀두고자 한다.

d) 상기 최대 전류와 나머지 전류 측정값을 비교하여 상기 최대전류보다 6% 이상 낮은지 판단한다.

최대전류보다 측정값이 6% 이하로 작으면 고장패널이 없은 것으로 간주하여 절차를 종료한다. 상기 측정값이 6% 이하면 태양광패널(10)이 제대로 작동하는 것으로 간주하고 태양광 패널(10)을 임의의 검은 천으로 가렸다(도 4 참조).

상기 측정값을 6% 이하로 제한하는 이유는 인버터(30)로부터 외부로 출력되는 무효전력의 크기가 기준 유효전력의 크기의 6%를 초과하면 무효전력의 성분이 지나치게 높아져서 출력전류의 역률이 증가하게 되므로서, 무효전류의 성분이 크게 높아지게 되므로 불량 패널일 가능성이 높아지기 때문이다.

예를 들어, A1, A2, A3의 전류값이 각각 410mA, 420mA, 430mA가 된다면, 430mA인 A3과 나머지 A1, A2의 값을 비교할 경우, A1은 0.953(410/430)이고, A2는 0.976(420/430)이므로 모두 6%(0.940)에 미달되는 것이다. 이 경우는 측정값이 6% 이상 차이가 나는 태양광 패널(10)이 없으므로, 고장난 태양광 패널이 없고 정상적인 태양광 패널(10)인 경우이므로 실험을 종료하는 것이다.

e) 전류값이 6% 이상 높으면 해당하는 전류센서(20)의 낮은 전류값을 5분 동안 모니터링한다.

상기 전류 측정값이 6% 이상의 차이가 나고, 5분 이상 지속되면 고장이 난 것으로 간주하여, 해당하는 전류센서(20)의 컴비네이션을 이용하여 고장난 태양광 패널(10)의 번호와 위치를 알려주는 것이다.

만약, 5분 이상 지속되지 않고 5분 미만이면 일시적인 음영(陰影) 현상으로 간주하여 고장난 태양광 패널(10)이 없는 것이므로 실험을 종료한다.

왜냐하면, 5분 미만이면, 일시적으로 흐린 경우에 해당하므로, 제대로 작동하는 것으로 간주하는 것이다. 즉, 일시적으로 태양이 구름 속으로 들어가는 경우 등과 같은 일도 발생할 수 있으므로, 5분 정도 시간을 기다려 보는 것이다. 상기 5분이라는 기준은 장소 등에 따라서 가변될수 있는 것임을 밝혀두고자 한다.

다시 말해서, 한낮의 맑은 기상 조건이라도 구름에 의한 음영 때문에 태양광 패널(10)의 전류값이 일시적으로 낮아질 수 있기 때문에, 5분 동안 추가 측정하여 재측정 결과가 최대 전류보다 역시 6% 낮을 경우 비정상적인 동작으로 확정하여 종료하는 것이다.

f) 모니터링 한 결과, 5분이상 지속되었고, 6% 이상 차이가 나는 해당하는 전류센서(20)의 컴비네이션을 이용하여 고장난 태양광 패널(10)의 번호와 위치를 정보처리장치(40) 등에 알려주는 것이다.

즉, 상기 전류센서(20)의 연결구조를 통하여 고장 또는 불량의 태양광 패널(10)의 번호를 알아내어 그 위치와 번호를 정보처리장치(40)에 통보하여 빠른 조치를 취할수 있도록 하는 것이다.

이하에서는 본 발명의 태양광 발전장치(100)에 모니터링 장치(200)를 결합시켜 상기 태양광 발전장치(100)를 모니터링하는 시스템에 대하여 설명하기로 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 태양광 발전장치(100)에는 모니터링장치(200)가 연결되어 있다. 상기 태양광 발전장치(100)의 구성요소로는 도 2에 도시된 대로 태양광 모듈(10), 전류센서(20), 인버터(30) 및 정보처리장치(40)로 이루어진다.

상기 모니터링 장치(200)는 태양광 발전장치(100)의 구성요소(태양광모듈(10), 전류센서(20), 인버터(30), 정보처리장치(40))의 이상유무를 모니터링하고, 이상 발생시 통신망(300)을 통하여 관리자 단말기(400)로 이상발생 사실을 통보하는 형태인 것이다.

참고로, 상기 통신망(300)에는 와이파이, 광역통신망(WAN), 근거리통신망(LAN)등이 있다.

상기 관리자 단말기(400)는 통신망(300)을 통하여 모니터링 장치(200)에 연결되며, 모니터링 장치(200)에 접속하여 태양광 발전장치(100)의 모니터링 결과를 요청하여 확인할 수 있다. 관리자 단말기(400)는 PC, 스마트폰 단말기, 태블렛 등과 같이 사람이 확인할 수 있는 화면이 디스플레이되는 정보처리장치인 것이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 장치(200)의 개략적인 구성도이다.

상기 도 8을 참조하면, 상기 모니터링 장치(200)의 구성요소는 센싱부(210), 데이터베이스부(220), 이상유무 판단부(230), 알람부(240), 모니터링 순서 결정부(250) 및 모니터링 제어부(290)를 포함한다.

센싱부(210)는 상기 모니터링 제어부(290)의 제어신호에 따라 태양광 발전 장치(100)의 각 구성요소의 입,출력 전류, 전압 및 전력값을 측정한다.

데이터베이스부(220)는 상기 센싱부(210)에 측정된 측정결과를 저장하며, 각 구성요소의 입,출력 기준값을 저장한다.

그러면, 상기 데이터베이스부(220)에는 태양광 발전장치(100)의 각 구성요소의 기본 정보, 설치 정보, 이상 발생 내역, 수리 내역 등에 대한 데이터가 저장된다.

즉, 태양광 패널(10), 전류센서(20), 인버터(30) 및 정보처리장치(40)와 같은 태양광 발전장치(100)의 구성요소의 수명, 제품 스펙 정보, 설치일, 이상 발생 일자, 이상 발생 내역, 이상 발생 회수, 부품 수리 일자, 부품 수리 회수 등에 대한 데이터가 저장된다.

이상유무 판단부(230)는 데이터베이스부(220)에 저장된 데이터에 기초하여 태양광 발전장치(100)의 각 구성요소의 이상유무를 판단한다.

즉, 데이터베이스부(220)에 저장된 각 구성요소의 입,출력 기준값과 센싱부(210)에서 측정된 측정결과를 비교하여 각 구성요소의 이상 유무를 판단한다. 그리고, 그 판단 결과를 모니터링 제어부(290)로 전송한다.

알람부(240)는 모니터링 제어부(290)의 제어 신호에 따라 태양광 발전장치(100)의 구성요소에 이상이 발생한 경우, 모니터링한 결과를 통신망(300)을 통하여 관리자 단말기(400)로 전송한다.

모니터링 순서 결정부(250)는 상기 데이터베이스부(220)에 저장된 태양광 발전장치(100)의 기본 정보, 설치 정보, 이상 발생 내역 및 수리 내역 정보에 기초하여 태양광 발전 장치(100)의 상기 구성요소들을 이상 발생 확률이 상대적으로 높은 군과 이상 발생 확률이 상대적은 낮은 군으로 분류하여 모니터링의 주기 및 순서를 서로 다르게 정한다.

즉, 이상 발생 확률이 상대적으로 높은 군에 속하는 구성요소는 모니터링 주기를 상대적으로 짧게하여 모니터링을 자주 수행하도록 하여, 구성요소에 이상이 발생한 경우 보다 신속하게 감지할 수 있다.

모니터링 제어부(290)는 센싱부(210), 데이터베이스부(220), 이상유무 판단부(230) 및 알람부(240)의 동작을 제어하는 역할을 하는 것이다.

이하, 태양광 발전장치(100)를 모니터링하는 방법을 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.

우선, 태양광 발전장치(100) 구성요소(태양광패널(10), 전류센서(20), 인버터(30) 및 정보처리장치(40): 이하, 구성요소)의 모니터링 순서 및 주기를 결정한다(S 210).

즉, 데이터베이스부(220)에 저장된 태양광 발전장치(100)의 기본 정보, 설치 정보, 이상 발생 내역 및 수리 내역 정보에 기초하여 태양광발전장치(100)의 구성요소들을 이상 발생 확률이 상대적으로 높은 군과 이상 발생 확률이 상대적은 낮은 군으로 분류하여 모니터링의 주기 및 순서를 결정한다.

즉, 이상 발생 확률이 상대적으로 높은 군에 속하는 태양광 발전장치(100)의 구성요소의 모니터링 회수를 상대적으로 많이 수행하도록 결정한다.

결정된 모니터링 순서 및 주기에 따라 모니터링 장치(200)의 센싱부(210)를 이용하여 태양광 발전장치(100)의 구성요소의 입출력단 전압, 전류 및 전력을 측정하는 과정을 수행한다(S 220).

다음, 상기 S 220에서 측정된 결과를 데이터베이스부(220)에 저장하는 과정을 수행한다(S 230).

다음, 상기 데이터베이스부(220)에 저장된 기준값과 상기 센싱부(210)를 통하여 측정된 결과를 비교하여, 태양광 발전장치(100) 구성요소의 이상유무를 판단하는 과정을 수행한다(S 240).

그 다음, 상기 과정에서 판단한 결과, 태양광 발전장치(100)의 구성요소에 이상이 발생하지 않은 경우에는 위 과정을 반복 수행한다(S 250).

만일, 태양광 발전장치(100)의 구성요소에 이상이 발생한 경우, 모니터링 결과를 통신망(300)을 통하여 관리자 단말기(400)로 전송한다(S 260).

이하, 모니터링 장치(200)의 또 다른 실시예를 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명하고자 한다. 본 실시예를 설명하기에 앞서, 태양광 발전소(103)는 태양광 모듈 및 태양전지를 이용하여 전기를 생산해내는 발전소로서, 이전 실시예에서 설명한 태양광 발전장치(100)가 여러개가 있는 집합체인 셈이다.

본 실시예에 따라, 태양광 발전소(103)의 모니터링장치(200)는 도 10에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 즉, 복수의 태양광발전소(103) 각각에 복수개의 RTU (Remote Terminal Unit; 102)이 연결되고, 복수개의 RTU (102)는 하나의 감시서버(101)에 연결될 수 있다.

또한, 태양광발전소(103)와 RTU(102)는 지그비(Zigbee)통신을 통하여 무선연결될 수 있고, 상기 RTU(102)와 감시서버(101)는 와이파이(Wi-Fi)통신을 이용한 인터넷 네트워크를 통하여 연결될 수 있다.

이러한 RTU(102)와 감시서버(101)에 관하여는 이하 도 11 내지 도 12에서 설명한다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 RTU(102)의 구성을 도시한 블럭도이다.

태양광 발전소(103)와 각각 연결된 복수개의 RTU(102) 및 하나의 감시서버(101)를 포함하는 모니터링 장치(200)에 있어서, 상기 RTU(102)는 제1통신부(201), 모니터링부(202), 및 제2통신부(204)를 포함할 수 있다.

상기 제1통신부(201)는, 상기 태양광발전소(103)로부터 검침데이터를 수신할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1통신부(201)는, 지그비(Zigbee) 통신부일 수 있다. 즉, 태양광 발전소(103)로부터 지그비통신을 통하여 검침데이터를 수신할수 있다.

모니터링부(202)는, 상기 검침데이터를 기초로 하여 원격데이터를 생성할 수 있다. 상기 원격데이터는, RTU 레지스터 데이터, RTU 센서 데이터, RTU 무선상태 데이터, 및 RTU 태양광 발전상태 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 실시 예에 따라, RTU 레지스터 데이터, RTU 센서 데이터, RTU 무선상태 데이터, 및 RTU 태양광 발전상태 데이터를 모두 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제2통신부(204)는 상기 생성된 원격데이터를 상기 감시서버(101)로 전송할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제2통신부(204)는 와이파이(Wi-fi)통신부일 수 있다. 즉, 와이파이 통신을 통하여 상기 생성된 원격데이터를 감시서버(101)로 전송할 수 있다.

또한, 실시예에 따라, RTU(102)는 사용자 설정신호를 수신하는 제3통신부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 제2통신부(204)를 통하여 상기 사용자 설정신호에 따라 업데이트(update)된 RTU 설정정보를 상기 감시서버(101)로 전송할 수 있다.

사용자는, RTU(102)에 인터넷을 통하여 접속할 수 있고, 상기 제3통신부를 통하여 사용자 설정신호를 RTU(102)에 입력할 수 있다.

또한, 상기 사용자 설정신호는 감시서버(101)로 전송되어 RTU(102)에 관한 데이터를 업데이트할 수 있다. 즉, 사용자의 요구를 즉각적으로 반영할 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감시서버(101)의 구성을 도시한 도면이다.

실시예에 따라, 감시서버(101)는, 검증부(301), 제어부(302), RTU제어부(304), 경보부(303), 및 저장부(305)를 포함할 수 있다.

검증부(301)는 도 2에 도시된 바와 같은 RTU(102)를 통하여 전송된 원격데이터를 검증할 수 있다.

또한, 실시예에 따라, 검증부(301)는 상기 원격데이터에 포함된 RTU 레지스터 데이터, RTU 센서 데이터, RTU 무선상태 데이터, 및 RTU 태양광 발전상태 데이터 중 적어도 하나의 정상상태여부를 판단할 수 있다.

또한, 또 다른 실시예에 따라, 상기 원격데이터에 포함된 RTU 레지스터 데이터, RTU 센서 데이터, RTU 무선상태 데이터, 및 RTU 태양광 발전상태 데이터 전부의 정상상태 여부를 판단할 수 있다.

RTU제어부(304)는, 상기 검증부(301)의 검증결과에 기초하여, RTU 제어값을 각각의 RTU로 전송할 수 있다.

또한, 검증부(301)의 검증결과, 상기 RTU(102)들 중 어느하나의 RTU가 비정상으로 판단되면, 리셋(reset)명령을 상기 비정상 RTU로 전송할 수 있다.

경보부(303)는, 상기 검증부(301)에서 비정상값이 감지되는 경우, 경보를 발생시킬 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 상기 경보부(303)는 이동통신망에 접속할 수 있으며, 이동통신망의 단문메시지서비스(SMS)를 이용하여 모바일 경보를 전송할 수 있다.

저장부(305)는 RTU데이터를 저장할 수 있다. 또한, 검증부(301)는 상기 저장부(305)에 저장된 상기 RTU데이터를 로드(load)하고, 상기 로드된 RTU데이터와 상기 원격데이터에 포함된 값을 비교하고, 상기 비교결과 불일치하는 값이 없는 경우에는 상기 RTU(102)를 정상상태로 판단할 수 있다.

또한, 상기 저장부(305)는 RTU(102)로부터 사용자 설정신호가 전송되는 경우에는, 저장된 RTU데이터를 업데이트할 수 있다.

또한, 실시예에 따라, 저장부(305)는 복수의 RTU(102)에 대해서 각각의 RTU(102)에 대한 RTU데이터를 저장하는 복수의 데이터블록을 구비할 수 있다.

제어부(302)는 상기 RTU(102)의 원격제어가 가능한 경우, 상기 RTU제어부(304)를 통한 제어값을 전송하도록 제어하고, 상기 모바일 경보가 필요한 경우, 상기 경보부(303)를 통하여 모바일 경보를 외부 디바이스로 전송하도록 제어할 수 있다.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상기 기술한 실시 예는 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 첨부된 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 태양광 모듈 20 : 전류센서
30 : 인버터 40 : 정보처리장치
100 : 태양광 발전장치 101 : 감시서버
102 : RTU 103 : 태양광 발전소
200 : 모니터링 장치 201 : 제1통신부
202 : 모니터링부 204 : 제2통신부
210 : 센싱부 220 : 데이터베이스부
230 : 이상유무 판단부 240 : 알람부
250 : 모니터링순서 결정부 290 : 모니터링제어부
300 : 통신망 301 : 검증부
302 : 제어부 303 : 경보부
304 : RTU제어부 305 : 저장부
400 : 관리자 단말기

Claims (4)

1. 다수의 태양광 패널의 전류를 감지하는 전류센서와, 상기 전류센서의 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터와 상기 인버터의 변환 결과를 통하여 전류센서로부터 전류의 측정데이터를 전달받는 정보처리장치를 포함하는 고장패널을 검출하기 위한 태양광 발전장치에 있어서,
   a) 상기 다수의 태양광 패널과 상기 전류센서는 태양광 패널에서 불량이 발생한 경우, 전류값이 정상대비 낮아진 전류센서의 조합으로 불량 패널을 검출하는 연결구조를 가지며, 상기 조합을 이용하여 불량패널을 검출하고,
   b) 상기 태양광 패널이 P1 ~ P6의 6개이고, 상기 전류센서가 A1~ A3의 3개인 경우의 연결구조는 상기 전류센서가 A1 일 경우, 상기 태양광 패널은 P1, P2, P4이고, 상기 전류센서가 A2 일 경우, 상기 태양광 패널은 P2, P3, P5이며, 상기 전류센서가 A3 일 경우, 상기 태양광 패널은 P1, P3, P6인 구조로 이루어지고,
   c) 상기 조합을 이용하여 태양광 패널의 개수 P와 필요한 전류센서의 수에 해당하는 n의 관계식은,
   [식 1] P = 2ⁿ- 2 (여기서, P는 태양광 패널의 갯수이고, n은 전류센서의 개수)로 이루어진 것을 특징으로 하는 고장패널을 검출하기 위한 태양광 발전장치.
   
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