KR200402282Y1 - 태양광 어레이 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 태양광 어레이 모니터링 장치에 관한 것으로, 추구하는 목적은 다수개의 태양전지측에서 입력되는 전류값과 인버팅 출력되는 전류값 각각을 측정/비교하여 발전량을 모니터링하는 한편, 인버터가 병렬로 연결되어 각기 다른 변압기로 공급하는 구조에서 DC 측 발전량이 적을 경우, 두 대의 인버터와 변압기가 가동되어 발전량에 손실을 가져오는 것을 방지하는데 있다.

Description

태양광 어레이 모니터링 장치{Monitering apparatus of solar photo condensing array}

본 고안은 태양광 어레이 모니터링 장치에 관한 것으로, 추구하는 목적은 다수개의 태양전지측에서 입력되는 전류값과 인버팅 출력되는 전류값 각각을 측정/비교하여 발전량을 모니터링 하는 한편, 인버터가 병렬로 연결되어 각기 다른 변압기로 공급하는 구조에서 DC 측 발전량이 적을 경우, 두 대의 인버터와 변압기가 가동되어 발전량에 손실을 가져오는 것을 방지하는데 있다.

일반적으로, 태양광 발전 장치는 태양으로부터 입사되는 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 수집하고, 수집된 전기에너지를 저장하는 한편, 수집단계에서 직류로 변환된 전기에너지를 교류에너지로 변환시켜 변압기로 입력시키도록 된 것이다.

이러한, 태양광 발전 장치는 입사되는 태양광을 수집하는 집광판이 다수개 구비되며, 각각의 집광판에 전술한 태양광 발전시스템이 구비되는 것이 보통이다.

이때, 각 태양광 발전 장치에는 예기치 못한 급격한 전압이 발생하여 회로를 손상시키기도 하며, 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터가 병렬로 연결되어 각기 다른 변압기로 발전을 하게 되는데, DC 측 발전량이 적을 경우, 두 대의 인버터와 변압기가 가동되게 되므로, 발전량에 손실이 발생되는 문제점이 있는 것이었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창출된 것으로, 추구하는 목적은 태양 집광 어레이 측의 부분적인 외란 발생에 대하여 각각의 어레이 전류를 측정 비교함으로써, 입력측의 상태를 정확히 파악할 수 있도록 하고, DC측에서 발생하는 Surge 전압을 대지로 방출함으로써, 장치를 보호하며, 다수개의 인버터를 병렬로 사용함에 있어, 특정 인버터가 발전을 하지 못하는 경우, 그 외의 인버터에서 전체 태양광 발전량을 감당할 수 있도록 바이패싱함으로써, 출력 전압을 항상 일정하면서도 안정적으로 얻을 수 있도록 하는 태양광 어레이 모니터링 장치를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 태양으로부터 입사되는 광에너지를 전기에너지로 변환하여 수집하는 다수개의 태양전지 출력측에 구비되어, 각각의 태양전지로부터 입력되는 전류값을 수집하여 후술할 제어부로 전송하는 입력측모니터링수단과; 입력측에서 발생하는 서지(Surge)전압을 대지로 방출하여 다음 단의 회로를 보호하는 회로보호수단과; 전술한 각각의 태양전지에서 입력된 DC전압을 각각 AC전압으로 변환하는 D/A변환부 및 전술한 입력측모니터링수단에서 수집된 전류값과 D/A변환부에서 입력되는 전류값을 비교하여 발전량을 판단하는 제어부로 이루어진 다수개의 인버터와; 전술한 인버터 중 어느 하나가 작동하지 않는 경우, 다른 인버터에서 전체 발전량을 감당하도록 바이패스(Bypass)하는 스위칭수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 고안은 다수개의 태양전지가 태양으로부터 입사되는 광에너지를 전기에너지로 변환하여 수집/공급하면, 전술한 인버터에 포함된 D/A변환부가 태양전지에 의해 DC로 변환된 신호를 AC로 변환하여, 해당 변압기측으로 공급하게 된다.

여기서, 전술한 입력측모니터링수단은 각 입력 전류값을 측정하여, 전술한 인버터에 포함된 제어부로 RS485를 통해 전송하게 되며, 이때, 제어부는 전술한 D/A변환부를 통해 교류로 변환되는 값과 입력 전류값을 비교하여 발전량을 판단하게 된다.

한편, 본 고안에서 태양전지로부터 전류가 입력/공급되는 과정에서 예기치 못하게 급격히 과전압이 발생되는 경우, 회로보호수단이 서지(Surge)전압을 대지로 방출시켜 다음 단의 회로를 보호하게 된다.

또 한편, 전술한 바와 같이, 인버터가 병렬로 다수개 연결되어 각기 다른 변압기로 발전을 하게 되는데, 이때, DC 측 발전량이 적을 경우 두 대의 인버터와 변압기가 가동될 경우 손실이 발생하게 되므로, DC 측의 모든 발전량을 전술한 스위칭수단이 한 대의 인버터와 변압기로 bypass 시킬 경우, 두 대의 인버터와 변압기를 사용하게 되면 손실이 감소하게 되므로, AC측 출력은 증가하게 되어 동등 입력 대비 발전량을 증가시키게 된다.

이러한, 본 고안 중 전술한 입력측모니터링수단은 예컨대, 분로(Shunt; 分路)회로로서, 태양전지와 연결된 각각의 입력단에 접속될 수 있으며, 그밖에도 전류를 계측 가능한 수단이면 모두 만족한다.

한편, 본 고안 중 전술한 회로보호수단은 예컨대, 정상상태에서는 Open 회로로 동작되고, 정상상태 이상의 서지전압이 입력 시, Short 되는 회로일 수 있으며, 일 예로 퓨즈를 포함한 과전압 보호회로일 수 있다.

또 한편, 본 고안 중 전술한 인버터 중 제어부는 사전에 입력되는 전류값과 출력되는 전류값을 비교하여 발전량을 판단하도록 프로그램 되어 저장되거나, 논리회로적으로 설계된 IC칩 또는 회로로서, 예컨대, RTU(Remote Terminal unit)과 시리얼 통신 접속되어, 상위의 IDC내의 데이터 서버로 연결될 수 있다.

참고로, 전술한 RTU는 네크워크망을 통하여 상위의 데이터베이스 서버와 TCP/IP 프로토콜에 의해 데이터를 전송한다.

또한, RTU는 IP 공유기능을 내장시키도록 하여 기존의 네트워크망을 통해 태양광 발전 설비들을 모니터링 할 수 있다. 한편, 전술한 서버는 데이터베이스 서버와 웹서버로 구성될 수 있다. 전술한 데이터베이스 서버는 데이터베이스 관리 툴을 이용하여 전국에 설치되어 있는 RTU로부터 실시간 데이터 수집하여 사용자의 설정 주기에 따른 이력데이터를 데이터베이스에 저장시키며, 시스템 운영을 위해 필요한 사이트 정보, 데이터 항목 정보, 운영자 정보 데이터베이스 구축되어 중앙감시 모니터링 시스템과 관련기관으로 웹 서버에 실시간 데이터 및 이력 데이터 및 저장 프로시저에 의한 생성된 통계 데이터를 제공한다. 또한, 전술한 웹서버는 데이터베이스 서버의 데이터베이스에 접속하여 인터넷 상에서 사용자가 조회하고자 하는 데이터를 서비스한다. 또한, RUT에 연결된 컴퓨터를 가 네트워크망을 통하여 태양광 발전의 전국 발전현황 조회, 전국 발전현황 조회에 따른 지역별 발전현황 조회, 각 사이트별 발전현황 조회, 사이트별 운영자 정보 통제, 태양광발전 시스템 계통도 조회, 태양광발전현황 상세정보 조회, 발전현황 그래프 조회, 사이트 설치정보 조회 기능 및 시스템 상태감시 등을 조회하여 볼 수 있도록 한 데이터들을 네트워크망을 통하여 중앙감시 모니터링 시스템과 관련기관으로 제공할 수 도 있다. 전술한 중앙감시모니터링 시스템은 웹서버로부터 데이터베이스화된 태양광 발전 시스템 설비의 지역별 발전현황 조회, 각 사이트별 발전현황 조회, 사이트별 운영자 정보 통제, 태양광 발전 시스템 계통도 조회, 태양광발전현황 상세정보 조회, 발전현황 그래프 조회, 사이트 설치정보 조회 기능 및 시스템 상태감시 등을 조회하여 볼 수 있도록 하였다. 또한, 전술한 조회에 따른 대응하는 보고서를 일보, 월보 및 연보에 따라 출력할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 전술한 관련기관도 웹서버로부터 중앙감시모니터링 시스템과 마찬가지로 데이터베이스화된 태양광발전 시스템 설비의 지역별 발전현황 조회, 각 사이트별 발전현황 조회, 사이트별 운영자 정보 통제, 태양광발전 시스템 계통도 조회, 태양광발전현황 상세정보 조회, 발전현황 그래프 조회, 사이트 설치정보 조회 기능 및 시스템 상태감시 등을 조회할 수 있도록 될 수 도 있다.

끝으로, 본 고안 중 전술한 스위칭수단은 예컨대, 각 인버터의 입력단에 병렬 연결되어, 전술한 입력측모니터링수단을 통해 입력되는 입력측의 전류값의 상태에 따라 제어부의 제어 하에 스위칭 동작하여 비정상의 인버터로 입력되는 전류를 다른 인버터로 바이패스시키는 스위치회로일 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 고안의 일 실시예를 첨부 도면을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 고안은 첨부 도면 도 1의 도 2에서 보는 바와 같이, 태양으로부터 입사되는 광에너지를 전기에너지로 변환하여 수집하는 다수개의 태양전지(10) 출력측에 구비되어, 각각의 태양전지(10)로부터 입력되는 전류값을 수집하여 후술할 제어부로 전송하는 입력측모니터링수단(20)과; 입력측에서 발생하는 서지전압을 대지로 방출하여 다음 단의 회로를 보호하는 회로보호수단(30)과; 전술한 각각의 태양전지(10)에서 입력된 DC전압을 각각 AC전압으로 변환하는 D/A변환부(41) 및 전술한 입력측모니터링수단(20)에서 수집된 전류값과 전술한 D/A변환부(41)에서 입력되는 전류값을 비교하여 발전량을 판단하는 제어부(42)로 이루어진 다수개의 인버터(40)와; 전술한 인버터(40) 중 어느 하나가 작동하지 않는 경우, 다른 인버터에서 전체 발전량을 감당하도록 바이패스하는 스위칭수단(50)을 포함하여 구성된다.

여기서, 전술한 입력측모니터링수단(20)은 태양전지(10)와 연결된 각각의 입력단에 접속되는 분로회로이다.

이는, 전술한 태양전지(10) 측의 부분적인 외란(그림자 등)발생에 대하여 각각의 Array 전류를 측정 비교하여 RS485 통신 방식으로 제어부로 측정값을 전송한다.

또한, 전술한 회로보호수단(30)은 정상상태에서는 Open 회로로 동작되고, 정상상태 이상의 서지전압이 입력시, Short 되는 퓨즈를 포함한 과전압보호회로이다.

이는, DC측에 발생하는 서지전압을 대지로 방출함으로써, 전체 장치와 2 차측 장치를 보호한다.

또한, 전술한 스위칭수단(50)은 각 인버터(40)의 입력단에 병렬 연결되어, 전술한 입력측모니터링수단(20)을 통해 입력되는 입력측의 전류값의 상태에 따라 제어부(42)의 제어하에 스위칭 동작하여 비정상의 인버터로 입력되는 전류를 다른 인버터로 바이패스시키는 스위치회로 또는 스위치이다.

이는, 예컨대, 2대의 인버터의 입력상태를 파악하여 각 인버터의 불균형으로 인한 손실을 최소화하고 인버터 고장 시, 제어부(42)의 제어하에 입력단을 고장상태인 인버터가 아닌 다른 인버터측과 접속(단락)시켜, 정상상태 인버터의 입력으로 공급하게 된다.

그러면, DC 측 발전량이 적을 경우 두 대의 인버터와 변압기가 가동됨에 따라 손실이 발생하게 되므로, DC 측의 모든 발전량을 전술한 스위칭수단이 한 대의 인버터와 변압기로 bypass 시킬 경우, 두 대의 인버터와 변압기를 사용하게 되면 손실이 감소하게 되므로, AC측 출력은 증가하게 되어 동등 입력 대비 발전량을 증가시키게 된다.

이와 같이 구성된 본 고안은 다수개의 태양전지측에서 입력되는 전류값과 인버팅 출력되는 전류값 각각을 측정/비교하여 발전량을 모니터링하여 관리할 수 도 있으며, 전술한 모니터링 데이터를 외부에서 원격 감시할 수 있도록 하는 한편, 인버터가 병렬로 연결되어 각기 다른 변압기로 공급하는 구조에서 DC 측 발전량이 적을 경우, 두 대의 인버터와 변압기가 가동되어 발전량에 손실을 가져오는 것을 방지하도록 다른 인버터로 바이패스함으로써, 인버터의 불균형으로 인한 발전량 손실을 최소화하는 효과를 얻는다.

도 1은 본 고안의 전체 구성을 간략히 보인 블럭도,

도 2는 본 고안의 전체 구성을 보다 구체적으로 보인 회로도이다.

*도면의주요부분에대한부호설명*

10 ... 태양전지 20 ... 입력측모니터링수단

30 ... 회로보호수단 40 ... 인버터

41 ... D/A변환부 42 ... 제어부

50 ... 스위칭수단

Claims (4)

1. 태양으로부터 입사되는 광에너지를 전기에너지로 변환하여 수집하는 다수개의 태양전지(10) 출력측에 구비되어, 각각의 태양전지(10)로부터 입력되는 전류값을 수집하여 후술할 제어부로 전송하는 입력측모니터링수단(20)과;

   입력측에서 발생하는 서지전압을 대지로 방출하여 다음 단의 회로를 보호하는 회로보호수단(30)과;

   전술한 각각의 태양전지(10)에서 입력된 DC전압을 각각 AC전압으로 변환하는 D/A변환부(41) 및 전술한 입력측모니터링수단(20)에서 수집된 전류값과 전술한 D/A변환부(41)에서 입력되는 전류값을 비교하여 발전량을 판단하는 제어부(42)로 이루어진 다수개의 인버터(40)와;

   전술한 인버터(40) 중 어느 하나가 작동하지 않는 경우, 다른 인버터에서 전체 발전량을 감당하도록 바이패스하는 스위칭수단(50)을 포함하여 구성되는 태양광 어레이 모니터링 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 입력측모니터링수단(20)은 태양전지(10)와 연결된 각각의 입력단에 접속되는 분로회로로 구성되는 태양광 어레이 모니터링 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 회로보호수단(30)은 정상상태에서는 Open 회로로 동작되고, 정상상태 이상의 서지전압이 입력시, Short 되는 휴즈를 포함한 과전압보호회로로 구성되는 태양광 어레이 모니터링 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭수단(50)은 각 인버터(40)의 입력단에 병렬 연결되어, 상기 입력측모니터링수단(20)을 통해 입력되는 입력측의 전류값의 상태에 따라 제어부(42)의 제어하에 스위칭 동작하여 비정상의 인버터로 입력되는 전류를 다른 인버터로 바이패스시키는 스위치회로로 구성되는 태양광 어레이 모니터링 장치.