KR102659724B1 - 태양광발전시스템의 신속차단 기능을 지원하는 스마트 안전 접속반과, 이를 구비한 태양광발전시스템 - Google Patents

태양광발전시스템의 신속차단 기능을 지원하는 스마트 안전 접속반과, 이를 구비한 태양광발전시스템 Download PDF

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KR102659724B1 KR1020230082993A KR20230082993A KR102659724B1 KR 102659724 B1 KR102659724 B1 KR 102659724B1 KR 1020230082993 A KR1020230082993 A KR 1020230082993A KR 20230082993 A KR20230082993 A KR 20230082993A KR 102659724 B1 KR102659724 B1 KR 102659724B1
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Abstract

본 발명의 스마트 안전 접속반은, 태양광발전시스템을 구성하는 태양광스트링의 출력단과 인버터 사이에서 소정개의 태양광스트링들 각각의 출력을 하나의 모선으로 결합하여 출력하는 접속반에 있어서, 미리 설정된 신속차단조건을 기준으로 상기 태양광스트링들 각각의 출력값, 및 상기 인버터로 출력되는 전체출력을 비교 분석하여 상기 태양광스트링들 각각의 출력에 대한 신속차단 여부를 결정하는 접속반제어부; 및 상기 접속반제어부의 신속차단 여부 결정결과에 의거하여, 상기 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별적으로 신속차단하는 신속차단부를 포함하되, 상기 신속차단부는 ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현되어 태양광스트링들 각각의 출력을 신속차단할 수 있는 신속차단기를 포함함으로써 차단 개시 이후 차단 완료까지 소요되는 시간을 최소화할 수 있고, 이로 인해, 국가전기코드 690.12에서 요구하는 신속차단 요건을 만족할 수 있는 장점이 있다.

Description

태양광발전시스템의 신속차단 기능을 지원하는 스마트 안전 접속반과, 이를 구비한 태양광발전시스템{SMART SAFETY CONNECTION PANEL, SOLAR POWER GENERATION SYSTEM EQUIPPED WITH THE SAME, AND METHOD FOR CONTROLLING RAPID SHUTDOWN THEREOF}
본 발명은 태양광발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 태양광발전시스템의 신속차단 기능을 지원하는 스마트 안전 접속반과, 이를 구비한 태양광발전시스템에 관한 것이다.
국가전기코드(National Electrical Code, NEC) 690.12에 의하면, 화재 진압 시 감전 위험을 줄여 소방관을 보조하기 위한 기능으로써, 태양광발전 시스템 부문에 신속차단(Rapid Shutdown)이라는 의무 요건을 도입하고 있다.
이로 인해, 태양광발전시스템의 신속차단(Raped Shutdown)을 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다.
관련하여, 한국등록특허 제10-1496199호에 의하면, 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력하고 적어도 하나의 스트링을 형성하는 복수의 태양전지 모듈; 상기 스트링별로 전력을 공급받아 통합한 후 이를 계통에 연계하기 위해 인버터에 제공하며, 공급받는 전력의 전기적 특성과 계통 연계를 위한 내부 접속 회로의 이상 여부를 내부에 구비된 센서로 측정하여 이상 발생 시 외부 관리센터에 알리고 그에 따라 인버터와의 연결을 차단하며 각 스트링과 연결된 접속을 차단하도록 하는 제어 명령을 제공하는 접속반; 상기 적어도 하나의 스트링 각각에 연결되어 개별 스트링으로부터 발전되는 전압과 전류를 각각 측정하는 적어도 하나의 제1 센서; 및 상기 스트링 별로 구성된 제1 센서와 접속반 사이에 연결되어 상기 접속반의 제어 명령에 따라 스트링과 연결된 접속을 차단하도록 하며, 상기 제1 센서에서 측정된 전압과 전류값의 이상유무를 누적된 측정값을 포함하는 자체 기준으로 판단하여 이상 판단 시 접속반의 제어 명령 없이도 스트링과 연결된 접속을 차단하는 차단부;를 포함하는 전력 차단 기능을 구비한 태양 전지 시스템이 개시되어 있다.
상기 특허에 의하면, 접속부의 이상 상황을 파악하고 이상 상황에 대해 전력을 차단하기 전에도 차단기 자체에서 이상 상황을 파악하여 신속한 대응이 가능하여 과열로 인한 화재를 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
하지만, 이러한 종래 기술은 인버터와의 연결을 차단하거나, 태양광스트링과 연결된 접속 차단시, 차단 개시 이후 차단 완료까지 소요되는 시간을 고려하지 않음으로써, 국가전기코드 690.12에서 요구하는 신속차단 요건을 만족하기 어려운 문제가 있었다.
또한, 종래에는, 태양광스트링 단위의 단편적인 정보만을 이용하여 이상 상황에 대처할 뿐, 접속반 별로 연결된 전체 태양광스트링 상태를 총괄적으로 모니터링하지 않음으로써 태양광 어레이 전체에 미치는 환경적인 요인을 반영하여 이상 여부를 판단하거나, 그에 대처할 수 없었다.
또한, 종래에는, 태양광스트링별 출력정보 및 전체 출력정보를 시계열로 분석하지 않음으로써 이상 상황이 발생한 후에 대한 사후처리만 가능할 뿐, 그 변화추이에 따른 이상 발생을 미리 예측하여 사전에 대처할 수 있는 방법이 없었다.
또한, 종래에는, 접속반 단위로, 태양광스트링들 각각의 상태정보를 접속반 외부에서 확인할 수 없음으로써, 접속반 위치에서 태양광스트링들 각각의 상태를 용이하게 확인하고 신속하게 대처할 수 있는 방법이 없었다.
한국등록특허 제10-1496199호(2015.02.26.공고)
따라서 상기 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는, 태양광발전시스템의 접속반에 있어서, ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현되어 태양광스트링들 각각의 출력을 신속차단할 수 있는 신속차단기를 포함함으로써 차단 개시 이후 차단 완료까지 소요되는 시간을 최소화할 수 있고, 이로 인해, 국가전기코드 690.12에서 요구하는 신속차단 요건을 만족할 수 있는 스마트 안전 접속반과, 이를 구비한 태양광발전시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은, 태양광스트링들 각각의 출력값 및 인버터로 출력되는 전체출력값을 비교 분석하여 접속반별로 연결된 전체 태양광스트링 상태를 총괄적으로 모니터링함으로써 전체 태양광스트링에 미치는 환경적 요인을 반영하여 태양광발전시스템 및 태양광스트링들 각각의 동작 상태를 판단할 수 있고, 이로 인해, 태양광발전시스템 및 태양광스트링들 각각의 동작 상태를 정확하게 판단하여 신속차단을 제어할 수 있는 스마트 안전 접속반과, 이를 구비한 태양광발전시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은, 태양광스트링들 각각의 출력값 및 인버터로 출력되는 전체 출력값을 접속함 외부로 표시하는 표시부를 구비함으로써 접속반 위치에서 접속반의 도어를 오픈하지 않고도 태양광스트링들 각각의 상태를 용이하게 확인할 수 있고, 이로 인해, 고장 발생시 신속하게 대응할 수 있도록 하는 스마트 안전 접속반과, 이를 구비한 태양광발전시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은, 접속반 외부에서 상기 신속차단기를 제어할 수 있는 제어모듈을 구비함으로써 접속반 위치에서 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별적으로 제어할 수 있고, 이로 인해, 유사시에 태양광스트링의 출력을 신속하게 차단함으로써, 화재나 인버터의 고장으로 인해 출동한 점검자가 안전하게 작업할 수 있도록 하는 스마트 안전 접속반과, 이를 구비한 태양광발전시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은, 상기 접속반 외부의 제어모듈을 이용하여 해당 접속반에 연결된 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별 제어함으로써, 누설, 지락 등 태양광스트링 단위로 발생한 문제뿐만 아니라 화재나 인버터의 고장 등과 같이 시스템 전체에 발생한 문제에도 신속하게 대처할 수 있도록 하는 스마트 안전 접속반과, 이를 구비한 태양광발전시스템을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 태양광발전시스템은, 다수의 태양광스트링을 포함하는 태양광발전시스템에 있어서, 상기 태양광발전시스템의 발전전력을 AC 전력으로 변환하여 계통에 연계하는 인버터; 및 상기 태양광스트링의 출력단과 상기 인버터 사이에서 소정개의 태양광스트링들 각각의 출력을 하나의 모선으로 결합하여 출력하며, 미리 설정된 신속차단조건에 의거하여 상기 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별적으로 신속차단하는 스마트 안전 접속반을 포함하되, 상기 스마트 안전 접속반은 상기 신속차단조건을 기준으로 상기 태양광스트링들 각각의 출력값, 및 상기 인버터로 출력되는 전체출력을 비교 분석하여 상기 태양광스트링들 각각의 출력에 대한 신속차단 여부를 결정하는 접속반제어부; 및 상기 접속반제어부의 신속차단 여부 결정결과에 의거하여, 상기 태양광스트링 중 적어도 하나의 출력을 신속차단하는 신속차단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 스마트 안전 접속반은 상기 접속반제어부로부터, 상기 인버터로 출력되는 전체출력 및 상기 태양광스트링들 각각의 출력값을 전달받아 외부로 표시하는 스마트안전뷰어; 및 상기 태양광스트링들 각각의 출력을 제어하기 위한 사용자선택정보를 입력받아 상기 접속반제어부로 전달하는 사용자 인터페이스부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 접속반제어부는 상기 전체출력 및 상기 태양광스트링들 각각의 출력값들을 상기 스마트안전뷰어에 표시하되, 각각의 변화추이를 분석할 수 있는 그래프 형태로 표시할 수 있다.
바람직하게, 상기 접속반제어부는 상기 전체출력과 상기 태양광스트링들 각각의 출력값들 각각에 대하여 기 설정된 정상범위, 단계별 위험상태범위를 포함하는 모니터링기준정보를 미리 저장하고, 상기 모니터링기준정보를, 상기 전체출력 및 상기 태양광스트링들 각각의 출력값들과 함께 상기 스마트안전뷰어에 표시할 수 있다.
바람직하게, 상기 접속반제어부는 상기 신속차단 여부 결정결과를 상기 스마트안전뷰어에 표시할 수 있다.
바람직하게, 상기 접속반제어부는 상기 신속차단 여부 결정결과에 의거하여, 상기 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별적으로 신속차단하기 위한 신속차단신호를 생성하여 상기 신속차단부로 전달할 수 있다.
바람직하게, 상기 신속차단부는 ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현되는 다수의 신속차단기들을 포함하고, 상기 신속차단기들은 상기 태양광스트링들 각각의 출력이 입력되는 상기 스마트 안전 접속반의 입력단들; 및 상기 스마트 안전 접속반의 출력단 중 적어도 하나에 연결될 수 있다.
바람직하게, 상기 스마트 안전 접속반은 상기 태양광스트링들 각각의 출력단과 상기 인버터 사이에 연결되어 대응된 태양광스트링으로부터 공급되는 전압을 부스팅 또는 바이패스하여 출력하는 다수의 스트링옵티마들을 더 포함하고, 상기 신속차단부는 ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현되는 다수의 신속차단기들을 포함하되, 상기 신속차단기들은 상기 스트링옵티마들 각각의 입/출력단 중 적어도 하나에 연결될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 스마트 안전 접속반과, 이를 구비한 태양광발전시스템은 ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현되어 태양광스트링들 각각의 출력을 신속차단할 수 있는 신속차단기를 포함함으로써 차단 개시 이후 차단 완료까지 소요되는 시간을 최소화할 수 있고, 이로 인해, 국가전기코드 690.12에서 요구하는 신속차단 요건을 만족할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은, 태양광스트링들 각각의 출력값 및 인버터로 출력되는 전체출력값을 비교 분석하여 접속반별로 연결된 전체 태양광스트링 상태를 총괄적으로 모니터링함으로써 전체 태양광스트링에 미치는 환경적 요인을 반영하여 태양광발전시스템 및 태양광스트링들 각각의 동작 상태를 판단할 수 있고, 이로 인해, 태양광발전시스템 및 태양광스트링들 각각의 동작 상태를 정확하게 판단하여 신속차단을 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은, 태양광스트링들 각각의 출력값 및 인버터로 출력되는 전체 출력값을 접속함 외부로 표시하는 표시부를 구비함으로써 접속반 위치에서 접속반의 도어를 오픈하지 않고도 태양광스트링들 각각의 상태를 용이하게 확인할 수 있고, 이로 인해, 고장 발생시 신속하게 대응할 수 있도록 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은, 접속반 외부에서 상기 신속차단기를 제어할 수 있는 제어모듈을 구비함으로써 접속반 위치에서 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별적으로 제어할 수 있고, 이로 인해, 유사시에 태양광스트링의 출력을 신속하게 차단함으로써, 화재나 인버터의 고장으로 인해 출동한 점검자가 안전하게 작업할 수 있도록 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은, 상기 접속반 외부의 제어모듈을 이용하여 해당 접속반에 연결된 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별 제어함으로써, 누설, 지락 등 스트링 단위로 발생한 문제뿐만 아니라 화재나 인버터의 고장 등과 같이 시스템 전체에 발생한 문제에도 신속하게 대처할 수 있도록 하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광발전시스템에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 안전 접속반을 개략적으로 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명하되, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 한편 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한 상세한 설명을 생략하여도 본 기술 분야의 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 부분의 설명은 생략하였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광발전시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광발전시스템은 태양전지어레이(100), 스마트 안전 접속반(200), 인버터(300), 전력계통(400), 및 모니터링시스템(500)을 포함할 수 있다.
태양전지어레이(100)는 다수의 태양전지모듈(111)로 구성된 다수의 태양광스트링(110)들을 포함한다.
스마트 안전 접속반(200)은 태양전지어레이(100)와 인버터(300) 사이에 연결되며, 다수의 태양광스트링(110)들 각각의 출력을 하나의 모선으로 결합하여 출력한다. 또한, 스마트 안전 접속반(200)은 미리 설정된 신속차단조건에 의거하여 상기 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별적으로 신속차단할 수 있다.
이 때, 상기 신속차단조건은 누설, 또는 지락 등 태양광스트링별로 발생하는 문제에 대하여 대응된 태양광스트링을 개별적으로 신속차단하도록 하거나, 화재나 인버터의 고장 등 태양광발전시스템 전체에 발생한 문제에 대하여 모든 태양광스트링들을 일괄적으로 신속차단하도록 하기 위해 미리 설정된 정보로서, 통상의 태양광발전시스템 신속차단조건들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 신속차단조건은 스트링옵티마들(210) 각각의 입력전압 또는, 태양광스트링들 각각의 출력값에 대한 정상범위, 인버터(300)로 출력되는 전체출력 정상범위, 및 신속차단이 필요한 전체출력 범위를 포함할 수 있다.
이를 위해, 스마트 안전 접속반(200)은 다수의 스트링옵티마(210), 접속반제어부(220), 다수의 신속차단기(230)들을 포함하는 신속차단부, 스마트 안전뷰어(240), 및 사용자 인터페이스부(I/F)(250)를 포함할 수 있다.
스트링옵티마(210)는 태양광스트링(110)들 각각의 출력단과 인버터(300) 사이에 연결되어 대응된 태양광스트링(110)으로부터 공급되는 전압을 부스팅 또는 바이패스함으로써 최대전력점을 추종(MPPT)하고, 이로 인해 균등전압을 출력할 수 있다. 한편, 스트링옵티마(210)는 출력단에 신속차단제어를 위한 방전부를 더 포함하고, 외부 제어신호에 의해 상기 방전부를 구동시켜 내부 커패시터에 잔존하는 전압을 접지로 신속방전시킴으로써, 신속차단에 참여할 수 있다.
접속반제어부(220)는 상기 신속차단조건을 기준으로 상기 태양광스트링들 각각의 출력값, 및 인버터(300)로 출력되는 전체출력을 비교 분석하여 상기 태양광스트링들 각각의 출력에 대한 신속차단 여부를 결정할 수 있다.
이 때, 접속반제어부(220)는 태양광스트링(110)들 각각의 출력값들, 또는 스트링옵티마(210)들 각각의 입/출력값들을 통합 관제하여 인버터(300)로 출력되는 전체출력을 산출한 후, 상기 전체출력의 변화, 및 태양광스트링(110)들 각각의 출력변화를 시계열로 모니터링하여 각각의 변화추이를 도출하고, 그 결과에 의해 상기 신속차단 여부를 결정할 수 있다. 또는, 접속반제어부(220)는 태양광스트링(110)들 각각의 출력값, 및 상기 전체출력값들을 비교하고, 그 결과에 의해 상기 신속차단 여부를 결정할 수 있다.
예를 들어, 접속반제어부(220)는 스트링옵티마들(210) 각각의 입력 전압이 미리 설정된 정상범위 이내이고, 태양광발전시스템의 전체출력이 100W 이상인 상황에서 갑작스럽게(즉, 미리 설정된 단위시간 이내에) 상기 전체출력이 50W 이하(즉, 전력이 없음)로 하락하는 경우와 일사량의 값을 비교하여, 인버터(300)에 문제가 발생한 것으로 판단하여 태양광발전시스템의 신속차단(RSD)을 결정할 수 있다.
이를 위해, 접속반제어부(220)는 공지의 다양한 기술을 이용하여 인버터(300)로 출력되는 전체출력을 산출할 수 있다. 예를 들어, 접속반제어부(220)는 스트링옵티마(210)들 각각의 입/출력 전류량 또는 전압을 통합 관제함으로써, 인접한 태양광스트링의 출력을 상호 고려하여 태양광스트링들 각각의 MPPT를 제어함으로써 인버터(300)로 전달되는 전체출력을 결정할 수 있다.
또한, 접속반제어부(220)는 해당 태양광발전시스템이 설치된 지역/위치의 기후, 태양광스트링들 각각의 주변 온/습도, 일사량 등을 함께 반영하여 신속차단여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 일사량 변동이 크지 않은 상태에서 태양광발전시스템의 출력이 급속하게 변화하는 경우, 즉, 일사량 변동이 미리 설정된 허용 범위 이내인 상태에서 태양광발전시스템 출력 변화가 미리 설정된 변화 허용 범위를 벗어나는 경우, 접속반제어부(220)는 해당 태양광발전시스템의 신속차단을 결정할 수 있다.
또한, 접속반제어부(220)는 상기 신속차단 여부 결정결과에 의거하여, 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별적으로 신속차단하기 위한 신속차단신호를 생성하여 상기 신속차단부로 전달할 수 있다.
예를 들어, 접속반제어부(220)는, 화재나 인버터 고장 등과 같이 시스템 전체에 발생한 문제가 감지된 경우, 이에 신속하게 대처할 수 있도록 모든 태양광스트링(110)들의 출력을 일괄적으로 신속차단시키는 일괄신속차단신호를 생성하여 신속차단기(230)들로 전송하거나, 또는 태양광스트링 단위의 누설, 지락 등으로 인한 문제가 감지된 경우, 해당 태양광스트링을 개별 제어하기 위해 대응된 태양광스트링(110)의 출력을 개별적으로 신속차단시키는 개별신속차단신호를 생성하여 해당되는 신속차단기(230)로 전송할 수 있다.
이를 위해, 접속반제어부(220)는 신속차단기(230)들과 RS485/422, 지그비 통신 등 다양한 통신방식으로 통신할 수 있다.
또한, 접속반제어부(220)는 후술될 사용자 인터페이스부(I/F)(250)를 통해 입력된 사용자의 선택정보에 의거하여 상기 신속차단신호를 생성하고, 이를 신속차단기(230)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 접속반제어부(220)는, 사용자가 태양광발전시스템 전체를 셧다운하기 위한 명령을 선택한 경우 해당 접속반에 연결된 모든 태양광스트링(110)들을 모두 일괄차단하기 위한 일괄신속차단신호를 생성하여 전체 신속차단기(230)로 전달하고, 사용자가 특정 태양광스트링(110)을 차단하기 위한 명령을 선택한 경우 해당 태양광스트링(110) 식별정보(예컨대, 번호)를 포함하는 개별신속차단신호를 생성하여 해당되는 신속차단기(230)로 전달할 수 있다.
또한, 접속반제어부(220)는 상기 전체출력 및 상기 태양광스트링들 각각의 출력값들을 후술될 스마트안전뷰어(240)에 표시하되, 각각의 변화추이를 분석할 수 있는 그래프 형태로 표시할 수 있다.
또한, 접속반제어부(220)는 상기 전체출력과 상기 태양광스트링들 각각의 출력값들 각각에 대하여 기 설정된 정상범위, 단계별 위험상태범위를 포함하는 모니터링기준정보를 미리 저장하고, 상기 모니터링기준정보를, 상기 전체출력 및 상기 태양광스트링들 각각의 출력값들과 함께 후술될 스마트안전뷰어(240)에 표시할 수 있다.
또한, 접속반제어부(220)는 상기 신속차단 여부 결정결과를 후술될 스마트안전뷰어(240)에 표시할 수 있다.
한편, 접속반제어부(220)는 도 1에 예시된 바와 같이, 접속반(200) 내에 다수의 스트링옵티마(210)들과 함께 설치되거나, 원격지에서 통신망을 통해 스트링옵티마(210)들, 신속차단기(230)들 및 인버터(300)와 연동할 수 있다. 예컨대, 접속반제어부(220)는 도 1에 예시된 모니터링시스템(500)에 구현될 수도 있다.
다수의 신속차단기(230)들을 포함하는 신속차단부는, 접속반제어부(220)의 신속차단 여부 결정결과에 의거하여, 상기 태양광스트링 중 적어도 하나의 출력을 신속차단한다. 이를 위해, 다수의 신속차단기(230)들은 상기 태양광스트링들 각각의 출력이 입력되는 상기 스마트 안전 접속반의 입력단들 및 상기 스마트 안전 접속반의 출력단 중 적어도 하나에 연결 되거나, 스트링옵티마(210)들 각각의 입/출력단 중 적어도 하나에 연결될 수 있다.
도 1의 예에서는, 신속차단기(230)들이 스트링옵티마(210)들 각각의 입/출력단에 연결된 예를 도시하고 있다. 이 때, 스트링옵티마(210)가 상기 방전부를 더 포함하고 신속차단에 참여하는 경우, 스트링옵티마(210)의 출력단에 연결된 신속차단기(230)는 생략될 수 있다.
또한, 신속차단기(230)들 각각은 ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현될 수 있다. 이는 DC 전원의 경우 제로(zero) 점이 없어서 차단 속도가 중요한데, 일반 여자코일이 들어가는 마그네틱 방식의 스위치를 적용할 경우 차단이 완료될 때까지 30msec 이상이 소요되는 반면, ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현된 신속차단기(230)의 경우, 영구자석방식을 채택하므로 6 msec 이내(대략, 3.6 msec)에 차단이 완료될 수 있기 때문이다. 이와 같이, 신속차단기(230)를 ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현함으로써, 본 발명은, 국가전기코드(National Electrical Code, NEC) 690.12에서 규정하는 신속차단 의무 요건을 만족할 수 있다.
한편, 신속차단기(230)들 각각은, 다수의 태양광스트링(110)들 각각의 출력단에 소정 거리 이내(예컨대, 30.5 cm 이내)에 위치하도록 연결될 수도 있다. 이는, 태양광스트링(110)의 출력이 차단된 후에도 전압이 잔존하는 구간을 최소화하기 위함이다. 이 때 , 접속반제어부(220)는 신속차단기(230)들과 다양한 유/무선 통신방식을 이용하여 통신할 수 있는데, 예를 들어, 광통신, RS485/422, 지그비 통신이 그것이다.
스마트안전뷰어(240)는 접속반제어부(220)의 제어를 받아 각종 정보를 외부로 표시한다. 예를 들어, 스마트안전뷰어(240)는 접속반제어부(220)로부터 상기 전체출력 및 태양광스트링들(110) 각각의 출력값을 전달받아 외부로 표시하거나, 상기 전체출력 및 태양광스트링들(110) 각각의 출력값들의 변화추이를 외부로 표시하는 등, 접속반제어부(220)로부터 전달된 정보들을 외부로 표시할 수 있다. 특히, 스마트안전뷰어(240)는 상기 전체출력, 및 태양광스트링(110)들 각각의 출력값에 대한 변화추이를 분석할 수 있는 그래프 형태로 표시할 수 있다. 이를 위해, 스마트안전뷰어(240)는 스마트 안전 접속반(200)의 외부면에 설치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 스마트안전뷰어(240)가 상기 각종 정보들을 외부로 표출함으로써, 사용자 또는 관리자가 현장의 문제(예컨대, 화재, 지진 등), 또는 시스템의 고장 여부(예컨대, 스트링별 누설, 지락 등) 등을 신속하게 파악하고 대처할 수 있도록 한다.
예를 들어, 본 발명은, 스마트안전뷰어(240)를 이용하여 태양광발전시스템 전체출력, 및 태양광스트링들 각각의 출력값들을 시간의 흐름에 따라 표시한 그래프 형태로 표시함으로써, 사용자 또는 관리자가 각각의 변화추이를 분석하여, 태양광발전시스템, 또는 특정 태양광스트링에 이상 상황(예컨대, 고장, 누설, 지락 등)이 발생할 것을 미리 예측하여 사전에 대처할 수 있도록 한다.
또는, 본 발명은, 스마트안전뷰어(240)를 이용하여 접속반제어부(220)의 신속차단(RSD) 결정결과를 표시함으로써, 사용자 또는 관리자가 이를 인지하고, 후술될 사용자 인터페이스부(I/F)(250)를 조작하여, 대응된 신속차단신호(예컨대, 일괄신속차단신호, 또는 개별신속차단신호 등)를 발생시키도록 할 수 있다.
스마트안전뷰어(240)는 10.2인치 크기의 모니터로 구현되어, 스마트 안전 접속반(200)의 도어(즉, 도어의 외부면)에 설치될 수 있다.
사용자 인터페이스부(I/F)(250)는 태양광스트링(110)들 각각의 출력을 제어하기 위한 사용자선택정보를 입력받아 접속반제어부(220)로 전달한다. 예를 들어, 사용자 인터페이스부(I/F)(250)는 이상 상황(예컨대, 누설, 지락 등)이 발생한 태양광스트링(110)들 각각의 출력을 신속차단하기 위한 상기 사용자선택정보, 또는 해당 접속반에 연결된 모든 태양광스트링(110)들의 출력을 일괄적으로 신속차단하기 위한 사용자선택정보를 입력받아 접속반제어부(220)로 전달할 수 있다.
전자의 경우, 사용자 인터페이스부(I/F)(250)는 상기 신속차단이 필요한 태양광스트링(110) 식별정보, 및 신속차단명령을 접속반제어부(220)로 전달하고, 후자의 경우, 사용자 인터페이스부(I/F)(250)는 일괄신속차단명령을 접속반제어부(220)로 전달할 수 있다. 이를 위해, 사용자 인터페이스부(I/F)(250)는 태양광스트링(110) 식별정보, 및 개별신속차단명령을 선택할 수 있는 인터페이스와, 일괄신속차단명령을 선택할 수 있는 인터페이스(예컨대, 시스템 셧다운 버튼 등)을 포함할 수 있다. 따라서, 일괄신속차단이 필요한 경우, 해당 인터페이스 하나의 조작만으로 태양광스트링(110)들 모두에 대한 신속차단명령을 빠르게 전달할 수 있고, 결과적으로, 일괄신속차단을 빠르게 수행하도록 할 수 있다.
이 때, 사용자 인터페이스부(I/F)(240)는 스마트안전뷰어(230)와 같이, 스마트 안전 접속반(200)의 외부면에 설치됨으로써, 사용자가 스마트 안전 접속반(200)의 도어를 오픈하지 않고 외부에서 제어명령을 입력할 수 있도록 한다. 이로 인해, 스마트 안전 접속반(200)의 도어를 오픈하는 과정에서 발생할 수 있는 감전사고를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 스마트 안전 접속반(200)은 대응된 태양광스트링(110)들 중 적어도 하나에 위험상황이 발생한 경우, 이를 알리기 위한 경광등(260)을 더 포함할 수 있다.
경광등(260)은 2이상의 색상을 표출하는 LED 램프를 구비하고, 그 위험의 정도에 따라 서로 다른 색상을 표출하되, 스피커를 더 포함하여, 경고음을 함께 출력하도록 할 수도 있다.
인버터(300)는 태양광발전시스템의 발전전력을 AC 전력으로 변환하여 전력계통(400)으로 연계한다. 이를 위해, 인버터(300)는 다수의 스트링옵티마(210)들 각각에서 출력되는 전압(예컨대, 균등전압)으로부터 전역 최대전력점(GMPP)을 추종할 수 있다.
모니터링 시스템(500)은 외부 망(예컨대, 유/무선 인터넷 망 등)을 통해 태양광발전시스템과 통신하고, 원격지에서 태양광발전시스템의 동작 상태를 모니터링하거나, 태양광발전시스템의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 모니터링 시스템(500)은 외부 망을 통해 다수의 태양광발전시스템들과 통신을 수행하고, 각 태양광발전시스템별 동작 상태, 및 해당 태양광발전시스템이 구축된 지역별 환경 상태(예컨대, 일사량, 온도, 습도 등)를 고려하여, 지역별로 태양광발전시스템의 발전전력량 등을 제어할 수 있다.
특히, 모니터링 시스템(500)은 접속반제어부(220)와 통신을 수행하여, 태양광스트링(110)들 태양광발전시스템의 전력량을 통합 관제할 수 있으며, 태양광스트링 주변의 환경정보를 감지하는 적어도 하나의 환경센서(예컨대, 일사량센서, 및 PV 온도 센서 등)로부터 수집된 데이터와, 태양광스트링(110) 및 태양광발전시스템의 발전전력을 함께 매칭시켜 빅데이터를 생성한 후, 상기 빅데이터를 일사량 및 온도와 상기 태양광발전시스템의 발전전력간의 상관관계를 학습하여 스트링별 발전량을 예측하거나, 태양광발전시스템의 신속차단여부를 결정할 수 있다.
한편, 모니터링 시스템(500)은 무선망(예컨대, WiFi 망 등)을 통해, 관리자의 휴대 단말장치(예컨대, 스마트 폰 등)(600)와 통신하며, 태양광발전시스템의 모니터링 정보 및 제어 정보를 휴대 단말장치(600)로 전송하거나, 휴대 단말장치(600)를 통해 전달된 관리자의 선택 정보에 의거하여 대응된 태양광발전시스템을 제어하기 위한 제어신호를 추출하여 전달할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 안전 접속반을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 안전 접속반(200)은 도어(205)의 외측면에 스마트안전뷰어(240) 및 사용자 인터페이스부(I/F)(250)를 구비함으로써, 사용자 또는 관리자가 태양광스트링들 각각의 동작상태, 또는 위험 상태 여부를 용이하게 파악할 수 있고, 이로 인해, 차단이 필요한 태양광스트링을 빠르게 인지하고, 그 자리에서, 해당 태양광스트링의 출력을 차단하는 제어신호(신속차단신호)를 생성하여 전송하도록 할 수 있다.
그러면, 스마트안전접속반(200) 내에 포함된 다수의 신속차단기(230)들이 상기 신속차단신호에 응답하여 대응된 태양광스트링(110)의 출력을 개별적으로 신속차단하거나, 모든 태양광스트링(110)의 출력을 일괄적으로 신속차단함으로써, 위험에 대처할 수 있게 된다.
특히, 본 발명은, ZMC 타입의 스위치로 구현된 신속차단기(230)를 적용함으로써, 매우 빠르게(예컨대, 6msec 이내에) 대응된 태양광스트링(110)을 차단할 수 있고, 이로 인해, 국가전기코드(National Electrical Code, NEC) 690.12에서 규정하는 신속차단 의무 요건을 만족할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 본 발명은, ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현되어 태양광스트링들 각각의 출력을 신속차단할 수 있는 신속차단기를 포함함으로써 차단 개시 이후 차단 완료까지 소요되는 시간을 최소화할 수 있고, 이로 인해, 국가전기코드 690.12에서 요구하는 신속차단 요건을 만족할 수 있는 특징이 있다.
또한, 본 발명은, 태양광스트링들 각각의 출력값 및 인버터로 출력되는 전체출력값을 비교 분석하여 접속반별로 연결된 전체 태양광스트링 상태를 총괄적으로 모니터링함으로써 전체 태양광스트링에 미치는 환경적 요인을 반영하여 태양광발전시스템 및 태양광스트링들 각각의 동작 상태를 판단할 수 있고, 이로 인해, 태양광발전시스템 및 태양광스트링들 각각의 동작 상태를 정확하게 판단하여 신속차단을 제어할 수 있는 특징이 있다.
또한, 본 발명은, 태양광스트링들 각각의 출력값 및 인버터로 출력되는 전체 출력값을 접속함 외부로 표시하는 표시부를 구비함으로써 접속반 위치에서 접속반의 도어를 오픈하지 않고도 태양광스트링들 각각의 상태를 용이하게 확인할 수 있고, 이로 인해, 고장 발생시 신속하게 대응할 수 있도록 하는 특징이 있다.
또한, 본 발명은, 접속반 외부에서 상기 신속차단기를 제어할 수 있는 제어모듈을 구비함으로써 접속반 위치에서 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별적으로 제어할 수 있고, 이로 인해, 유사시에 태양광스트링의 출력을 신속하게 차단함으로써, 화재나 인버터의 고장으로 인해 출동한 점검자가 안전하게 작업할 수 있도록 하는 특징이 있다.
또한, 본 발명은, 상기 접속반 외부의 제어모듈을 이용하여 해당 접속반에 연결된 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별 제어함으로써, 누설, 지락 등 스트링 단위로 발생한 문제뿐만 아니라 화재나 인버터의 고장 등과 같이 시스템 전체에 발생한 문제에도 신속하게 대처할 수 있도록 하는 특징이 있다.
한편, 본 명세서 전반적으로 언급된 신속차단은 국가전기코드(National Electrical Code, NEC) 690.12에서 규정하는 신속차단 조건을 만족하는 차단을 의미한다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명이 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 태양전지 어레이 110: 태양광스트링
111: 태양전지 모듈 200: 접속반
210: 스트링 옵티마 220: 접속반 제어부
230: 신속차단기 240: 스마트안전뷰어
250: 사용자 인터페이스부 260: 경광등
300: 인버터 400: 전력계통
500: 모니터링 시스템 600: 휴대 단말장치

Claims (16)

  1. 태양광발전시스템을 구성하는 태양광스트링의 출력단과 인버터 사이에서 소정개의 태양광스트링들 각각의 출력을 하나의 모선으로 결합하여 출력하는 접속반에 있어서,
    미리 설정된 신속차단조건을 기준으로 상기 태양광스트링들 각각의 출력값, 및 상기 인버터로 출력되는 전체출력을 비교 분석하여 상기 태양광스트링들 각각의 출력에 대한 신속차단 여부를 결정하는 접속반제어부; 및
    상기 접속반제어부의 신속차단 여부 결정결과에 의거하여, 상기 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별적으로 신속차단하는 신속차단부를 포함하되,
    상기 접속반 제어부는
    상기 태양광스트링들 각각의 출력값 및 상기 전체출력 각각의 변화추이를 시계열로 모니터링하여, 미리 설정된 단위 시간 이내에, 상기 태양광스트링들 각각의 출력 또는 상기 태양광발전시스템의 출력 변화가 미리 설정된 변화허용범위를 벗어나는 경우 신속차단을 결정하고, 상기 신속차단 여부 결정결과에 의거하여, 상기 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별적으로 신속차단하기 위한 신속차단신호를 생성하여 상기 신속차단부로 전달하고,
    상기 신속차단부는
    국제규격에서 규정하는 신속차단의무요건을 만족하도록 소정의 시간 이내에 차단이 완료되는 스위치로 구현되고, 상기 다수의 태양광스트링들 각각의 출력단으로부터 소정거리 이내에 연결되는 다수의 신속차단기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안전 접속반.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속반제어부로부터, 상기 인버터로 출력되는 전체출력 및 상기 태양광스트링들 각각의 출력값을 전달받아 외부로 표시하는 스마트안전뷰어; 및
    상기 태양광스트링들 각각의 출력을 제어하기 위한 사용자선택정보를 입력받아 상기 접속반제어부로 전달하는 사용자 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 안전 접속반.
  3. 제2항에 있어서, 상기 접속반제어부는
    상기 전체출력 및 상기 태양광스트링들 각각의 출력값들을 상기 스마트안전뷰어에 표시하되, 각각의 변화추이를 분석할 수 있는 그래프 형태로 표시하는 것을 특징으로 하는 스마트 안전 접속반.
  4. 제2항에 있어서, 상기 접속반제어부는
    상기 전체출력과 상기 태양광스트링들 각각의 출력값들 각각에 대하여 기 설정된 정상범위, 단계별 위험상태범위를 포함하는 모니터링기준정보를 미리 저장하고,
    상기 모니터링기준정보를, 상기 전체출력 및 상기 태양광스트링들 각각의 출력값들과 함께 상기 스마트안전뷰어에 표시하는 것을 특징으로 하는 스마트 안전 접속반.
  5. 제2항에 있어서, 상기 접속반제어부는
    상기 신속차단 여부 결정결과를 상기 스마트안전뷰어에 표시하는 것을 특징으로 하는 스마트 안전 접속반.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 신속차단부는
    ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현되는 다수의 신속차단기들을 포함하고,
    상기 신속차단기들은
    상기 태양광스트링들 각각의 출력이 입력되는 상기 스마트 안전 접속반의 입력단들; 및 상기 스마트 안전 접속반의 출력단 중 적어도 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 스마트 안전 접속반.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 태양광스트링들 각각의 출력단과 상기 인버터 사이에 연결되어 대응된 태양광스트링으로부터 공급되는 전압을 부스팅 또는 바이패스하여 출력하는 다수의 스트링옵티마들을 더 포함하고,
    상기 신속차단부는
    ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현되는 다수의 신속차단기들을 포함하되,
    상기 신속차단기들은
    상기 스트링옵티마들 각각의 입/출력단 중 적어도 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 스마트 안전 접속반.
  9. 다수의 태양광스트링을 포함하는 태양광발전시스템에 있어서,
    상기 태양광발전시스템의 발전전력을 AC 전력으로 변환하여 계통에 연계하는 인버터; 및
    상기 태양광스트링의 출력단과 상기 인버터 사이에서 소정개의 태양광스트링들 각각의 출력을 하나의 모선으로 결합하여 출력하며, 미리 설정된 신속차단조건에 의거하여 상기 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별적으로 신속차단하는 스마트 안전 접속반을 포함하되,
    상기 스마트 안전 접속반은
    상기 신속차단조건을 기준으로 상기 태양광스트링들 각각의 출력값, 및 상기 인버터로 출력되는 전체출력을 비교 분석하여 상기 태양광스트링들 각각의 출력에 대한 신속차단 여부를 결정하는 접속반제어부; 및
    상기 접속반제어부의 신속차단 여부 결정결과에 의거하여, 상기 태양광스트링 중 적어도 하나의 출력을 신속차단하는 신속차단부를 포함하고,
    상기 접속반 제어부는
    상기 태양광스트링들 각각의 출력값 및 상기 전체출력 각각의 변화추이를 시계열로 모니터링하여, 미리 설정된 단위 시간 이내에, 상기 태양광스트링들 각각의 출력 또는 상기 태양광발전시스템의 출력 변화가 미리 설정된 변화허용범위를 벗어나는 경우 신속차단을 결정하고, 상기 신속차단 여부 결정결과에 의거하여, 상기 태양광스트링들 각각의 출력을 일괄 또는 개별적으로 신속차단하기 위한 신속차단신호를 생성하여 상기 신속차단부로 전달하고,
    상기 신속차단부는
    국제규격에서 규정하는 신속차단의무요건을 만족하도록 소정의 시간 이내에 차단이 완료되는 스위치로 구현되고, 상기 다수의 태양광스트링들 각각의 출력단으로부터 소정거리 이내에 연결되는 다수의 신속차단기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스마트 안전 접속반은
    상기 접속반제어부로부터, 상기 인버터로 출력되는 전체출력 및 상기 태양광스트링들 각각의 출력값을 전달받아 외부로 표시하는 스마트안전뷰어; 및
    상기 태양광스트링들 각각의 출력을 제어하기 위한 사용자선택정보를 입력받아 상기 접속반제어부로 전달하는 사용자 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 접속반제어부는
    상기 전체출력 및 상기 태양광스트링들 각각의 출력값들을 상기 스마트안전뷰어에 표시하되, 각각의 변화추이를 분석할 수 있는 그래프 형태로 표시하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 접속반제어부는
    상기 전체출력과 상기 태양광스트링들 각각의 출력값들 각각에 대하여 기 설정된 정상범위, 단계별 위험상태범위를 포함하는 모니터링기준정보를 미리 저장하고,
    상기 모니터링기준정보를, 상기 전체출력 및 상기 태양광스트링들 각각의 출력값들과 함께 상기 스마트안전뷰어에 표시하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 접속반제어부는
    상기 신속차단 여부 결정결과를 상기 스마트안전뷰어에 표시하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서, 상기 신속차단부는
    ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현되는 다수의 신속차단기들을 포함하고,
    상기 신속차단기들은
    상기 태양광스트링들 각각의 출력이 입력되는 상기 스마트 안전 접속반의 입력단들; 및 상기 스마트 안전 접속반의 출력단 중 적어도 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
  16. 제9항에 있어서, 상기 스마트 안전 접속반은
    상기 태양광스트링들 각각의 출력단과 상기 인버터 사이에 연결되어 대응된 태양광스트링으로부터 공급되는 전압을 부스팅 또는 바이패스하여 출력하는 다수의 스트링옵티마들을 더 포함하고,
    상기 신속차단부는
    ZMC(Zero Magnetic Contactor) 타입의 스위치로 구현되는 다수의 신속차단기들을 포함하되,
    상기 신속차단기들은
    상기 스트링옵티마들 각각의 입/출력단 중 적어도 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템.
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