KR20080067329A - System and method for array and string level monitoring of a grid-connected photovoltaic power system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 계통 연계형 광전지 에너지 시스템(Grid-connected photovoltaic energy system)에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 어레이 레벨 및 스트링 레벨의 모니터 및, 생산 및 효율 분석 능력을 모두 가지는 계통 연계형 광전지 에너지 전력 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a grid-connected photovoltaic energy system. More specifically, the present invention relates to grid-connected photovoltaic energy power systems having both array-level and string-level monitoring and production and efficiency analysis capabilities.
석유에 대한 지구의 잔여 비축분이 빠르게 고갈함으로써, CO2 농도 상승에 대한 전 세계적 경고의 증거로서, 그리고 클린 에너지에 대한 필요성 및 적합성 그리고 자연 자원의 책임감 있는 보전에 대한 인식이 증가함에 따라, 사람들이 전기 전력의 새롭고 신뢰성 있는 공급원(source)으로 전환하고 있다. 지구상의 모든 에너지의 궁극적인 원천이 태양이라는 것은 현재 흔히 이야기된다. 그보다는 덜하지만, 미래의 에너지 공급 문제에 대해 제안된 해결책 중 가장 유망한 것은 태양광을 직접적으로 사용하는 것이라고 이야기된다. 왜냐하면, 태양광의 직접적인 사용이 에너지를 발생하는 안전하고 가장 신뢰성 있는 수단이기 때문이다. 그러나, 태양 전력 시스템의 경제적 실행 가능성에 대한 상당한 쟁점 존재하며, 태양광이 풍부한, 세계의 일부 지역에 있는 대부분의 잠재적인 사용자들에게 문제로 남아있는 것은 경제적 요소가 유일하다. 그럼에도, 가열, 조명 및 온수 공급을 위한 태양광의 사용을 최적화하는 빌딩의 디자인 및 개발이 이루어짐에 따라, 광전지 시스템의 설치가 계속 증가하고 있다. 따라서 광전지 시스템의 성능이 계속 중요해지고 있다.As by rapidly-minute Earth's remaining stockpile depletion on oil, CO as evidence of global warning on two levels rise, and the need and suitability for clean energy and increase the awareness of the responsible preservation of natural resources, the people of Electrical Transitioning to new and reliable sources of power. It is now commonly said that the ultimate source of all energy on earth is the sun. Rather, it is said that the most promising of the proposed solutions to future energy supply problems is the direct use of sunlight. Because direct use of sunlight is the safest and most reliable means of generating energy. However, there are considerable issues regarding the economic viability of solar power systems, and the only economic factor that remains a problem for most potential users in some parts of the world, which are rich in solar energy. Nevertheless, with the design and development of buildings that optimize the use of sunlight for heating, lighting and hot water supply, the installation of photovoltaic systems continues to increase. Therefore, the performance of photovoltaic systems continues to be important.
광전지 전력 시스템은 일반적으로 넓은 평면 표면(전형적으로, 전력이 공급되는 빌딩이나 가정의 지붕)상에 장착되며 때로는 이러한 구조물에 인접한 대지 표면상에 장착되는, 상호 연결된 다수의 광전지 모듈을 포함한다. 모듈은 스트링(string)을 형성하도록 직렬로 연결되며, 이렇게 상호연결된 스트링을 어레이(array)(또는 전지판)라 한다. 어레이 내의 각각의 광전지 모듈이 광전지 셀을 포함하며, 이는 태양 에너지를 DC 전력으로 변환하고, 각각의 모듈로부터의 DC 전력이, DC/AC 전력 인버터를 통해 결합 및 운반된다. DC/AC 전력 인버터는 일반적으로 이용되는 전력 공급자로부터의 전기 전력 공급장치에 인접하게 장착된다. 인버터는 직류를 유틸리티 제공자(즉, 유틸리티 그리드(utility grid))에 의해 제공되는 교류와 호환되는 교류로 변환하고, 이에 따라 광전지 시스템의 AC 출력이, 빌딩 분배 패널을 통해, 부하(load)에 전력을 공급하는 유틸리티(또는 공공 서비스) 제공자로부터의 AC 전력과 합해진다. 이러한 종류의 장치가 계통 연계형 광전지 전력 시스템(이하에서, GCPV 이라 함)으로 설명된다.Photovoltaic power systems generally include a number of interconnected photovoltaic modules, mounted on a large planar surface (typically, the roof of a powered building or home) and sometimes on a site surface adjacent to such a structure. The modules are connected in series to form a string, and these interconnected strings are called arrays (or panels). Each photovoltaic module in the array includes photovoltaic cells, which convert solar energy into DC power, and the DC power from each module is coupled and carried through a DC / AC power inverter. DC / AC power inverters are mounted adjacent to electrical power supplies from commonly used power suppliers. The inverter converts direct current into alternating current that is compatible with the alternating current provided by the utility provider (i.e., utility grid), so that the AC output of the photovoltaic system, through the building distribution panel, powers the load. It is combined with AC power from a utility (or public service) provider that supplies it. This kind of device is described as a grid-tied photovoltaic power system (hereinafter referred to as GCPV).
이미 증명한 바와 같이, GCPV 시스템에 의해 공급되는 전력이, 유틸리티 전력 소비를 확실히, 그리고 환경 친화적인 방식으로 줄여줌으로써, 소비자의 비용 부담을 줄이도록 한다. 나아가, 세금 및 금융 인센티브와 솔라 리베이트 프로그램이 공공 정책, 법률에 의해 제공되며, 설치 및 운용 비용이 상쇄되고 또한 절약에 기여한다.As already demonstrated, the power supplied by the GCPV system reduces the cost of the consumer by reliably reducing utility power consumption in an environmentally friendly manner. In addition, tax and financial incentives and solar rebate programs are provided by public policy and law, offsetting installation and operating costs and contributing to savings.
독립형- GCPV 시스템에 대한 GCPV의 여러 이점이 존재하며, 대부분 밤이나 험한 날씨 및 어두운 겨울 낮 동안에, 전력을 저장하기 위해 초과 배터리 뱅크를 가질 필요 없이, 전력을 얻을 수 있다는 사실을 포함한다. 나아가, 최고 태양 전력 발생 시간에서, 초과 전력이 공공 시설(utilities)로 다시 이동될 수 있다. GCPV 시스템은 유틸리티 그리드로부터 전력을 공급받는 위치에만 설치될 수 있다는 단점이다.Standalone-There are several advantages of GCPV over GCPV systems, including the fact that most can be obtained at night or during harsh weather and dark winter days, without having to have an excess battery bank to store power. Furthermore, at the peak solar power generation time, excess power can be moved back to utilities. The disadvantage is that GCPV systems can only be installed where they are powered from the utility grid.
에너지 비용을 낮추는 임계 단계는 전기 소비를 줄이는 것이다. 적합한 PV 시스템을 선택 및 운용하는 정보화된 접근법은, 실제 요구, 전력 소비 및 전력 낭비를 결정하기 위한 예비 및 지속적인 에너지 검사를 필요로 한다. 이러한 검사(audit)는 소비자가 지나치게 큰 PV 시스템을 구입하는 것을 방지하며, 시스템 설치에 의한 이어지는 낭비를 방지할 수 있다. 예비 검사는 전기 소비의 주요 원인을 식별하는 것을 포함하며, 이후에, 에너지 감소 및 효율성 해결책이 조명, 냉장, 공기 냉각, 모터 시동 및 최적화 등의 문제를 나타낸다. 장치, 응용기구, 구조적 단열 등을 업그레이드하는 것이 실질적이며, PV 시스템과 결합할 때, 공공 유틸리티 그리드의 에너지 소비를 줄이며 잠재적으로 제거할 수 있다. 사실상, 네트 계량기 환경에서, PV 전력 사용자가 공공 사업자로부터 전력을 구매할 수 있으며, 발생된 잉여 전력을 요금 공제(credit)를 위해 분배 그리드로 다시 보낼 수 있다. 실제 로, 밝은 날에는, 전기 계량기(또는 미터기, meter)가 후방으로 회전하며, 태양열 시스템이 유틸리티 사업자(공공 사업자)의 소매 에너지 요금에서 에너지에 대한 요금 공제를 받는다. 공공 사업자는 태양 에너지 생산자에게, 에너지가 그리드로 보내진 날짜 및 시간에서의 소매 요금으로 요금을 공제할 필요가 있다. The critical step to lowering energy costs is to reduce electricity consumption. An informed approach to selecting and operating a suitable PV system requires preliminary and ongoing energy checks to determine actual needs, power consumption and power waste. This audit prevents consumers from purchasing too large a PV system and prevents subsequent waste due to system installation. Preliminary inspection involves identifying the main sources of electricity consumption, after which energy reduction and efficiency solutions represent problems such as lighting, refrigeration, air cooling, motor starting and optimization. Upgrading devices, applications, structural insulation, etc. is practical, and when combined with PV systems, reduces and potentially eliminates the energy consumption of public utility grids. In fact, in a net meter environment, PV power users can purchase power from utilities and send the surplus power generated back to the distribution grid for credit. Indeed, on bright days, electricity meters (or meters) rotate backwards, and solar systems receive a deduction for energy from the utility's retail energy bill. Utilities need to deduct fees to solar energy producers at retail rates on the date and time the energy was sent to the grid.
일단 설치되면, GCPV 시스템의 동작 및 효율은 많은 양의 데이터를 수집, 모니터 및 평가할 필요가 있다. 여러 요소(factor)가 GCPV 시스템의 효율성에 영향을 미치며, 이는 PV 시스템의 전력 출력과, (기여 또는 배타적인 공급원으로서) 유틸리티 공급자에 의해 제공되는 전력, 사용자의 전력 소비 및 대기 온도, 풍속 및 방향, 태양 조도 및 태양 일사율(insolation)과 같은 동작 환경 데이터를 포함한다. Once installed, the operation and efficiency of the GCPV system needs to collect, monitor, and evaluate large amounts of data. Several factors affect the efficiency of the GCPV system, which is the power output of the PV system and the power provided by the utility provider (as a contributing or exclusive source), the user's power consumption and ambient temperature, wind speed and direction. Operating environment data such as solar illuminance and solar insolation.
GCPV 시스템에 대한 것은 전력 구매 계약하에 발생되고 판매된 전력에 동일하게 적용된다.The same for the GCPV system applies equally to power generated and sold under a power purchase agreement.
많은 기관, 업계 및 정부가, 자신의 에너지 정책의 하나로, "그린 전력" 조달 방향으로 이동하고 있다. 인용부호로 표시된 용어는 물론, 태양에 더하여 풍력을 포함하는 새로운 여러 에너지 소스를 일컫는다. 정부 및 업계 또는 개인이 장기간 및 단기간 전력 구매 계약하에 전력의 전부 또는 일부를, 그린 전력 생산자로부터 직접 또는 그린 전력 생산자로부터 전력을 조달하는 유틸리티 제공자로부터 선택적으로 구입할 수 있다. 새로운 에너지를 사용과 연결된 환전가능한 방사 크레딧(credit) 및 공공 영업권이 그린 전력 구매에 강한 인센티브이며, 그린 전력 조이 에너지 기반구조 신뢰성을 향상시키고, 화석 연료 부족, 생산 시설 사고 또는 테러리즘에 의해 잠재적으로 야기되는 공급 중단에 대한 우려를 감소시킨다. 그러 나, 전력 구매 계약은 종종 가격이나 제한 가격 범위를 고정하는 계약이며, 따라서 이들은 최상의 거래를 위해 미래를 예상하는 파티(party)를 필요로 한다. 이는 점점 어려워진다. 따라서 이러한 계약을 만드는데 유연성을 발휘하고, 구매 가격에 영향을 미치는 실행 조건을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 시스템 성능이 주의 깊게 모니터되어야 하며, 시스템 모니터가 소매 구매자(소비자에)에 대한 것이 아니라 독립적인 전력 생산자 및 유틸리티 제공자에 대한 것이 되는 게 바람직하다.Many institutions, industries and governments are moving toward "green power" procurement as one of their energy policies. The terminology indicated by quotation marks, of course, refers to several new energy sources, including wind, in addition to the sun. The government and industry or individuals may optionally purchase all or part of the power under a long and short term power purchase agreement, either directly from the green power producer or from a utility provider that procures power from the green power producer. Exchangeable credits and public goodwill associated with the use of new energy are strong incentives for green power purchases, improving green power joy energy infrastructure reliability and potentially caused by fossil fuel shortages, production plant accidents or terrorism Reduces concerns about potential supply disruptions. However, power purchase contracts are often contracts that fix prices or limited price ranges, so they need a party that anticipates the future for the best deal. This becomes increasingly difficult. Therefore, it is desirable to be flexible in creating such a contract and to include execution conditions that affect the purchase price. However, system performance must be carefully monitored, and it is desirable that the system monitor is for independent power producers and utility providers, not for retail buyers (consumers).
따라서, 사용자 및/또는 제공자가 실시간으로 새로운 전력 생산 시스템 데이터를 수집, 대조 및 원격 분석하고, 전력이 태양, 바이오매스(식물체 및 동물 폐기물), 지열, 바람 또는 수력 저녁 시스템에 의해 발생 되는지 여부를 모니터하도록 하는 모니터 시스템이 필요하다. 본 발명의 시스템은 이러한 요구에 초점을 맞춘다.Thus, users and / or providers can collect, collate, and remotely analyze new power generation system data in real time and determine whether power is being generated by the sun, biomass (plant and animal waste), geothermal, wind, or hydro evening systems. You need a monitor system to monitor. The system of the present invention focuses on this need.
본 발명에 따른 계통 연계형 PV 시스템의 어레이 및 스트링 레벨 모니터를 위한 방법 및 시스템에 있어서, 이는 어레이 레벨 모니터 컴포넌트; 어레이 레벨 모니터 시스템을 통해 획득된 데이터를 기록 및 분석하기 위한 소프트웨어; 그리고 스트링 레벨 모니터 시스템을 포함한다.A method and system for an array and string level monitor of a grid-tied PV system according to the invention, comprising: an array level monitor component; Software for recording and analyzing data acquired through the array level monitor system; And a string level monitor system.
제 1 컴포넌트는, PV 시스템의 성능을 원격 모니터하는 수단을 제공하는 어레이 레벨 시스템이다. 이는 네 종류의 정보까지 실시간으로 모니터하도록 한다. 이 정보는 (a) 태양 전지판(solar array)의 전기 전력 출력; (b) 사용자(빌딩, 주거지, 공장 등)의 전기 전력 소비; 및 (c) 전력 유틸리티에 의해 제공되는 전기 전력, 그리고 선택적으로는 (d)선택된 기상 및 태양 일사율 데이터를 포함한다. 이 시스템은 바람직하게는, 인터넷 기반 및 가용 온라인으로 시스템 성능의 원격 검증, 에너지 비용 절약 및 투자 회수 등이 가능하도록 한다. 다른 적합한 다수의 통신 시스템이 데이터 전송을 위해 사용될 수 있으며, 이는 휴대용 통신 시스템, 위성 시스템, RF 시스템, 적외선 시스템, 무선 랜 및 WANS 및 현재 존재하는 다른 시스템 또는 아직 개발되지 않은 시스템을 포함한다.The first component is an array level system that provides a means for remotely monitoring the performance of a PV system. This allows you to monitor up to four kinds of information in real time. This information includes (a) the electrical power output of a solar array; (b) electrical power consumption of users (buildings, dwellings, factories, etc.); And (c) electrical power provided by the power utility, and optionally (d) selected weather and solar insolation data. The system preferably enables remote verification of system performance, energy cost savings, and return on investment, both internet-based and available online. Many other suitable communication systems may be used for data transmission, including portable communication systems, satellite systems, RF systems, infrared systems, wireless LANs and WANS, and other or existing systems that are not yet developed.
본 발명에 따른 모니터 시스템은 본 발명에 의해 개발된 독점권 있는 소프트웨어 및 하드웨어를 결합한다. 동작시, 실시간으로 태양 에너지 데이터가 수익-그레이드 ANSI 전기 미터기에 의해 획득되고, 선택가능한 스펙트럼, 실리콘 전천일사계 또는 다른 온도 센서에 의해 획득될 수 있다. 데이터가 온라인 및/또는 온-사이트(on-site) 터치스크린으로 동시에 전달된다. 전력 흐름, 누적 에너지 사용, 태양 일사율 및 선택된 기상 조건- 태양 조사율, 풍속 및 대기 온도-에 대한 데이터가 업데이트되고, 15분 간격으로 저장된다. 인터넷을 통한 저장된 데이터에 대한 접속이, 하루 24시간, 일년 365일, 시스템 제공자 및 사용자 모두에게 차단되지 않는다. 데이터 다운로드가 공지된 스프레드시트 포맷, 날짜별, 달별 및 년도 별 데이터 가산기(totalizer)가 제공된다. 모든 데이터가 벤더(vendor)에 의해 소유, 지원 및 보호되는 보안 서버에 기록(log)된다.The monitor system according to the present invention combines proprietary software and hardware developed by the present invention. In operation, in real time solar energy data may be obtained by a revenue-grade ANSI electrical meter and may be obtained by a selectable spectrum, silicon photometer, or other temperature sensor. Data is delivered simultaneously to the online and / or on-site touchscreen. Data for power flow, cumulative energy use, solar insolation rate, and selected weather conditions—solar irradiation rate, wind speed, and ambient temperature—are updated and stored every 15 minutes. Access to stored data via the Internet is not blocked for 24 hours a day, 365 days a year, for both system providers and users. Spreadsheet formats known for data download, date, month and year data adders are provided. All data is logged to a secure server that is owned, supported and protected by the vendor.
본 발명에 따른 어레이 레벨 모니터 시스템을 사용하여, PV 시스템 사용자가 시스템 성능에 대한 리포트(report)를 복구하도록 보안 서버에 로그인할 수 있다. 왜냐하면, 모니터가 실제 태양 전력 생성 및 빌딩 전기 소비를 측정하기 때문에, 에너지가 네트 계량 프로세스 내의 유틸리티 그리드로 전달되는지 유틸리티로부터 에너지가 당겨지는지 여부를 나타낸다. 그리고 이는 태양 에너지 산업에서 현재 제공되지 않는 정보 및 기록 보존에 대한 레이어를 추가한다. Using an array level monitor system in accordance with the present invention, PV system users can log in to a secure server to recover a report on system performance. Because the monitor measures actual solar power generation and building electricity consumption, it indicates whether energy is being transferred to the utility grid in the net metering process or whether energy is drawn from the utility. And it adds a layer of information and record keeping that is not currently available in the solar industry.
본 발명에 따른 시스템의 제 2 컴포넌트는 어레이 레벨 모니터 시스템과 관련된 기록 분석 소프트웨어이다. 이는 사용자가 모니터 시스템에 의해 획득된 데이터에 대한 분석을 수행하도록 로그인 하는 것을 가능하게 한다.The second component of the system according to the invention is the record analysis software associated with the array level monitor system. This enables the user to log in to perform an analysis on the data obtained by the monitor system.
본 발명에 따른 시스템의 제 3 컴포넌트가 PV 스트링 레벨 모니터 시스템이며, 이는 넓은 범위의 태양 광선에 대한 모니터를 스트링 레벨로 낮춘다.A third component of the system according to the invention is the PV string level monitor system, which lowers the monitor for a wide range of sun rays to string level.
본 발명의 특징인, 조직 및 동작 방법에 관한 다른 신규한 특성들이 이들의 목적 및 효과와 함께 첨부된 도면에 대한 다음의 설명에 의해 더 잘 이해될 것이다. 여기서 본 발명의 실시예들은 단지 예시를 위한 것이다. 그러나 도면은 설명을 위한 것이면 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아님이 쉽게 이해될 것이다. Other novel features relating to tissues and methods of operation, which are features of the present invention, will be better understood by the following description of the accompanying drawings, together with their objects and effects. The embodiments of the invention herein are for illustration only. However, it will be readily understood that the drawings are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.
본 발명이 온전히 이해되고 실질적인 효과를 내기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예(이에 제한되는 것은 아님)를 첨부된 도면을 참조하여, 이하에서 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order for the present invention to be fully understood and to have substantial effect, preferred embodiments of the present invention, but not limited thereto, are described below with reference to the accompanying drawings.
도 1은 전형적인 계통 연계 PV 시스템 구조를 나타내는 도면이다.1 shows a typical grid-connected PV system structure.
도 2는 본 발명에 따라, 계통 연계 광전지 전력 시스템의 어레이 및 스트링 레벨 모니터를 위한 시스템 및 방법의 어레이 레벨 모니터 컴포넌트의 백 앤드(back end)를 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a back end of an array level monitor component of a system and method for an array and string level monitor of a grid tied photovoltaic power system, in accordance with the present invention.
도 3은 본 발명에 따라, 스트링 레벨 모니터 컴포넌트를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a string level monitor component, in accordance with the present invention.
도 4는 스트링 레벨 모니터 컴포넌트의 스트링 레벨 감지 장치를 나타내는 배선 및 기능 블록도이다.4 is a wiring and functional block diagram illustrating a string level sensing device of a string level monitor component.
도 5는 본 발명에 따라, 센서 보드의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.5 shows a preferred embodiment of a sensor board, in accordance with the present invention.
도 6은 본 발명에 따라 마이크로-제어기 보드의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.6 shows a preferred embodiment of a micro-controller board in accordance with the present invention.
이하에서, 첨부된 도면 및 실시예와 함께 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with the accompanying drawings and examples.
도 1 내지 6을 참조하면, 계통 연계형 PV 시스템의 어레이 및 스트링 레벨 모니터를 위한 새롭고 개선된 방법 및 장치가 도시된, 여러 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소(컴포넌트)를 나타낸다. 도 1은 GCPV 시스템(10)의 일반적인 구성을 나타내며, 이는 유틸리티 전력 공급자 또는 그리드(12), 그리드를 사용자 빌딩 전력 공급 장치(16)에 연결하는 전령 전송 라인(14), 그리고 이들 사이에 삽입된 전류 변환기(18)를 포함한다. 시스템은 또한 PV 전력 시스템 또는 어레이(20), PV 시스템으로부터 접합부(junction)이나 계량기(24, meter)로 확장하는 전력 전송 라인(22)(접합부나 계량기는 그리드로부터의 전력 전송 라인(14)을 연결함), 그리고 PV 시스템에 대한 전류 변환기(26)를 포함한다.1 through 6, like reference numerals in the various drawings indicate like components (components), showing new and improved methods and apparatus for array and string level monitors of grid-tied PV systems. 1 shows a general configuration of a
이전에 설명한 GCPV 시스템 구조에서, 본 발명에 따른 모니터 시스템이 세 개의 예비 구성요소를 포함한다. 이 구성요소(컴포넌트)는 어레이 레벨 모니터 컴 포넌트, 어레이 레벨 모니터 컴포넌트를 통해 획득된 데이터를 취득, 기록 및 분석하기 위한 프로그램 가능한 컴퓨터를 포함하는 컴퓨터 컴포넌트, 및 스트링 레벨 모니터 컴포넌트를 포함한다.In the previously described GCPV system architecture, the monitor system according to the invention comprises three preliminary components. This component (component) includes an array level monitor component, a computer component including a programmable computer for acquiring, recording and analyzing data acquired through the array level monitor component, and a string level monitor component.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 계통 연계형 시스템의 태양 전력 어레이 레벨 모니터 컴포넌트(100)가 세 개의 기본 장치를 포함한다. (1) 백-앤드 하드웨어 장치, (2) 서버-측 백-앤드 소프트웨어, 및 (3) 서버-측 프론트-앤드 소프트웨어가 그것이다.2, the solar power array
백-앤드 하드웨어는 폐쇄된 하우징(110) 내에 장착된다. 이 하우징은 다른 장치들 사이에, 소형의 내장형 리눅스-기반 컴퓨터(120)(가령, 오픈 브릭 플랫폼으로서, 신뢰성을 위한 소형 플래시 메모리를 사용하는 것이 바람직함)를 위한 마이크로 프로세서를 포함한다. 플래시(flash)는 수입 그레이드 ION 6200 전력 미터기(130, 140)와 전기적으로 연결된 리눅스 커널 동작 시스템을 구동한다. (ION은 캐나다, 브리티시 콜롬비아, 사니치톤에 위치한, 파워 메저먼트사(Power Measurement LTD.)의 등록 상표이다.) 슈퍼로직 8520 RS-232 - RS-485 컨버터(150)가 리눅스 시스템 치 전력 미터기 사이에 삽입된다. 제 1 전력 미터기(130)가 PV 시스템의 출력을 측정하고, 제 2 전력 미터기(140)가 유틸리티 회사에 의해 제공되는 전력을 측정한다. 측정된 미터기의 출력이 사용자/빌딩의 소비량을 표시한다.The back-end hardware is mounted in a
리눅스 컴퓨터가, PV 시스템 미터기와 유틸리티 미터기 모두로부터의 판독값과, PV 시스템 및 유틸리티 제공자의 누적된 일별 전체 전력 출력을 얻도록, 5초 간격마다 미터기를 주기적으로 조사한다. 컴퓨터는 또한 동작 환경에서 수집된 필 드 측정 데이터를 수신한다. 이러한 데이터는 대기 온도 데이터(그늘진 위치에 설치된 타입-J 열전지(160)에 의해 수집됨) 및 일사율 데이터(어레이 모듈의 평면에 설치된 일사율 센서(LI-200 SZ 전천일사계 센서(170)에 의해 수집됨)를 포함한다. 하나 이상의 AD 컨버터(또는 변환기)(180, 190)는 컴퓨터 및 아날로그 데이터 소스(바람직하게는 슈퍼로직 8019R 데이터 획득 인터페이스 및/또는 슈퍼로직 8520 RS-232 - RS-485 변환기)를 포함함) 사이에 삽입된다.The Linux computer periodically checks the meter every 5 seconds to obtain readings from both the PV system meter and utility meter and the cumulative daily power output of the PV system and utility provider. The computer also receives field measurement data collected in an operating environment. This data is collected by atmospheric temperature data (collected by Type-
따라서, 리눅스 시스템은 두 개의 전력 미터기 및 전천일사계(pyranometer, 피라노미터)로부터 AD 컨버터를 거쳐 실시간 데이터를 획득하며, 데이터 스탬프(stamp)를 가지는 간단한 ASCII 파일을 작성한다. 결과적으로, 광전지 시스템 출력(PVKW), PV 미터기 시스템 전체 KWH(미터기가 시작된 시간으로부터 측정됨), 그 날의 PVKWH, 그 달의 전체 PVKWH, 그 해의 PVKWH에 관한 정보를 저장 및 분석한다. 그리고 더불어, PV 시스템에 대한 최대 전력 출력을 제공한다. ASCII 파일 내의 다른 필드는 유틸리티 전력 출력(KWH 단위), KWH의 전체 유틸리티 출력, 및 다른 파라미터(온도 및 일사율 포함)를 포함한다.Thus, a Linux system obtains real-time data from two power meters and pyranometers through an AD converter, and creates a simple ASCII file with a data stamp. As a result, information about the photovoltaic system output (PVKW), PV meter system total KWH (measured from the time the meter was started), PVKWH of the day, total PVKWH of the month, and PVKWH of the year are stored and analyzed. In addition, it provides maximum power output for PV systems. Other fields in the ASCII file include utility power output (in KWH), total utility output of KWH, and other parameters (including temperature and insolation rate).
위에 설명된 ASCII 파일은 네트워크 오류 발생시 기록(log)되며, 이로써 족구될 수 있는 히스토리 레코드를 보전한다. 다음으로, 파일이 보안 서버로 파일 전송 프로토콜을 사용하여 전송된다. 추가로, 로그 파일이 규칙적으로 그리고 자동적으로 서버로 전송된다.The ASCII file described above is logged in the event of a network error, thereby preserving history records that can be filed. Next, the file is transferred to the secure server using the file transfer protocol. In addition, log files are sent to the server regularly and automatically.
백-앤드 서버가, 보안 설비에 위치하며, 위에 설명된 리눅스 시스템과 인터넷(210)이나 다른 적합한 통신 수단을 통해 통신하는 콜로케이티드(collocated) 윈 도우즈(WINDOWS)2000 서버이다. (윈도우즈2000은 미국, 워싱턴, 레드몬트에 위치한 마이크로소프트 사의 등록 상표이다.) 백-앤드 서버가 자동으로 업로드 된 파일을 가지는 모든 GCPV 설치 파일을 데이터 디렉토리에 저장하고 판독하는 백-앤드 프로세스를 시행한다. 이는 이후에 프론트 앤드에 대해 XML 포맷의 파일을 만든다. 또한, 시간 동기화 파일을 제공하고, 에러를 확인하며, 데이터 파일 하우스키핑 기능을 수행한다.The back-end server is located in a security facility and communicates with the Linux system described above and the
소프트웨어의 프론트 앤드는 GUI(220)이며, 이를 통해 사용자가 일반적인 퍼스널 컴퓨터(230)나 PV 벤더 키오스크(kiosk, 240)에 제공되는 컴퓨터에 로그인할 수 있다. 로그인 후에, 백-앤드 소프트웨어에 의해 생성되는 XML 파일에 기반하여 다수의 애니메이션화 된 페이지를 사용자가 검토할 수 있다. 제 1 애니메이션은 유틸리티 회사에 의해 현재 제공되는 전력의 양(얼마만큼의 전력량이 PV 시스템에 의해 제공되는지 및 시설(facility)에 의해 얼마만큼의 전량이 소비되는지)을 보여주는 실시간 스크린 샷을 제공한다. 애니메이션은 도시적으로 표현된 유틸리티 그리드, 그리드로부터의 빌딩으로의 전력 라인, 유틸리티 전력 소비(또는 빌딩에 의해 소비되는 것보다 더 많은 전력을 PV 시스템이 제공하는 경우에, 전력 크레딧), PV 태양 전지판(solar array) 그래픽, PV 어레이 시스템으로부터 확장하며 유틸리티에서 빌딩으로의 전력 라인과 연결된 전력 라인, 그리고 빌딩의 그래픽을 명시적으로 나타내는 유틸리티 및 시설 사이의 크게 확대된 전력 미터기를 포함한다. 이러한 애니메이션 시뮬레이션은 웹사이트 (http://www.SPGsolar.com/net_metering.html)에서 찾아볼 수 있다.The front end of the software is the
본 발명에 따른 시스템 내의 다음 장치는 리포트 소프트웨어이다. 벡-앤드 엔진과 같이, 프론트-앤드 리포트 소프트웨어가 패스워드를 사용하여 사용자가 로그인을 하는 사용자 인터페이스를 포함한다. 로그인 후에, 사용자가 위에 설명한 실시간 데이터를 보거나, 사용 분석을 수행하는 데이터 범위를 구체화할 수 있다. 소프트웨어는 이 범위를 포함하는 시간 구간으로 나뉜 리포트를 발생한다. 예를 들어, 범위(range)가 하루이면, 시간 구간이 시(hour) 단위로 나뉜다. 리포트가 조사된 경우에, 시간 구간은 날짜(day) 단위이다. 년간 리포트가 조사된 경우에는, 분석이 달 단위의 데이터에 기반한다. 고정 서브-구간은 날(day) 단위이다. 리포트가 요청된 때, 리포트 소프트웨어가 서버로 요청(request)을 전송하고, 이는 백-앤드 엔지에 의해 처리된다. 백-앤드 엔진은 데이터를 생성하고, 유틸리티에 대한 킬로와트 시, 피크(peak)에서의 킬로와트 시, 파트 피크(part peak), 및 오프-피크 시 등과 같은 구체화된 시간 주기를 도시할 수 있도록 모든 데이터를 다운로드 한다. 이들은 유틸리티 제공자 레이트(rate) 스케줄에 기반한다. 리포트 페이지 상에, 시간 간격으로 나뉜 모든 데이터를 보여주는 그래프 및 스프레드 시트 폼을 검토하는 옵션이 사용자에게 주어진다. 사용자는, 전력인 KW 및 사용 또는 에너지인 KWH의 두 개의 기본 파라미터인, 세 개의 서로 다른 빌딩 PV 또는 유틸리티를 구성하는 두 개의 서로 다른 파라미터를 수집할 수 있다. The next device in the system according to the invention is the report software. Like the Beck-and-Engine, front-end report software includes a user interface that allows a user to log in using a password. After logging in, the user can view the real-time data described above, or specify a data range for performing usage analysis. The software generates a report divided into time intervals covering this range. For example, if the range is one day, the time interval is divided into hours. If the report is surveyed, the time interval is in days. If an annual report is surveyed, the analysis is based on monthly data. Fixed sub-sections are in days. When a report is requested, the report software sends a request to the server, which is processed by the back-end engine. The back-end engine generates data and all the data to show specific time periods such as kilowatt hours for the utility, kilowatt hours at the peak, part peak, and off-peak. Download it. These are based on the utility provider rate schedule. On the report page, the user is given the option to review graphs and spreadsheet forms showing all the data divided by time intervals. The user can collect two different parameters that make up three different building PVs or utilities, two basic parameters of power KW and use or energy KWH.
본 발명에 따른 시스템의 세 번째 컴포넌트가 스트링 레벨 모니터 컴포넌트(구성요소)이다. 어레이 레벨의 모니터는 일반적으로 태양 시간, 대기 온도, 태양 일사율 등의 함수로 에너지 생성을 모니터하는 것에 제한되기 때문에, 스트링 모니 터(또는 모니터)가 중요하다. 그러나, 어레이 레벨에서 많은 영향 팩터(factor)가 존재하기 때문에, 결합기(combiner) 박스 퓨즈, 재결합기(recombiner) 박스 퓨즈 또는 개별적인 스트링 레벨에서의 개개의 모듈과 같은 장치에서, 1-3%만큼 낮은, 작은 장치 결함을 검출하는 것이 어렵다. 스트링 모니터 컴포넌트가 이러한 작은 스케일 레벨에서의 모니터를 가능하게 한다. 스트링 오류의 검출 및 수정으로 최대 전력이 생성된다.The third component of the system according to the invention is a string level monitor component (component). String monitors (or monitors) are important because array-level monitors are typically limited to monitoring energy generation as a function of solar time, ambient temperature, solar insolation, and so on. However, because there are many effect factors at the array level, as low as 1-3% in devices such as combiner box fuses, recombiner box fuses or individual modules at individual string levels , It is difficult to detect small device defects. The string monitor component enables monitoring at this small scale level. Maximum power is generated by detecting and correcting string errors.
도 3을 참조하면, 스트링 모니터 장치(300)가 일련의 스트링 각각의 개별적인 앤드(end)에 연결된 포지티브 리드(320) 및 네거티브 리드(330)를 통해 PV 어레이(310)와 전기적으로 통신하는 상태에 있다. 리드(lead)는 박스 레벨에서 결합되며, 바람직하게는 NEMA 3R 케이스(350, enclosure) 내의 PCB10 PV 어레이 결합기 박스(340)에서 결합된다. 여러 PV 소스 회로의 출력이 결합되며, 전류가 추가 결합기 박스(340)를 통해 라우트(rout) 된다. 다음으로, 출력이 인버터(370)를 통해 라우트 될 때까지, 결합기 박스 모두가 재결합기 박스(350)에 부착된다.Referring to FIG. 3, the
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 실시예에서, 스트링 레벨 모니터 컴포넌트가 일련의 SYPRIS CLN-25 FW Bell 폐쇄-루프 전류 센서(380)를 사용한다.(SYPRIS는 미국, 켄터키, 루이스빌의 사이프리스 솔루션 주식회사의 등록상표이다.) 이는 고 감도 DC 홀-효과 전류 측정 장치(200분의 1(0.5%)의 정확도를 가짐)이며, 1000V DC.까지 정해진다. 이는 여러 요인(factor)에 의해 전류를 단계적으로 낮추는 변압기로 기능 한다. 출력(390)은 11-채널 아날로그- 디지털 변환기를 가지는 간단한 마이크로 컨트롤러(400)로 라우트 된다. 마이크로 컨트롤러가 C 코 드( RS485 랜(410)에 대해 "Your Ask It"의 쿼리 언어를 지원함)를 동작시킨다. 각 채널 상의 전류가 개개의 스트링 상의 전류에 대응하며, 채널(420) 중 하나가 전압 기준이 부착된 레지스터(430)를 포함한다. 따라서, 결합기 박스가 스트링의 전류뿐 아니라, 이를 동작하는 전압도 전자적으로 측정한다. 따라서, 시스템이 전류뿐 아니라 모든 단일 포인트에서의 전력도 측정한다. 이는 어레이 전체의 전력 밸런스를 맞추는 수단을 제공한다. 결합기 박스의 스트링 모니터 장치가 RS-485 랜(440)을 통해, 같은 장소에 위치한, 구형 중앙 컴퓨터와 통신하며, 이는 실드(sealed) 장치이다. 중앙 컴퓨터(110)(바람직하게는 위에 설명한 바와 같이, 케이스(enclosure) 또는 하우징(110) 내에 배치됨)가 컴퓨터 박스 각각을, 어드레스 가능함에 따라, 조사한다. 이들 각각은 0-999에 걸친, 고유 어드레스로 설정된 회전 스위치를 포함한다(스위치 선택 회로에 대한 도 5 참조). 컴퓨터는 "What is your string current now?", "What is your voltage now?", "What is your power on this little string?"과 같은 종류의 쿼리(queries)로 각각의 결합기 박스와 통신한다. 따라서 스트링이 개별적으로 측정되고, 소프트웨어가 분석적인 비교를 수행한다. 스트링이 수용 범위 외에서 동작하는 경우에, 프론트 앤드 소프트웨어가 알람(450)을 울린다. 이러한 방법으로, 모듈 및 퓨즈 내 매우 작은 오류가 필요에 따라 검출 및 검토된다.As can be seen in Figure 4, in the first embodiment, the string level monitor component is a series of SYPRIS. CLN-25 FW Bell closed-loop
스트링 모니터 장치에 대한 선택적인 실시예에서, 센서 보드(500)가 제공되며, 10DC 홀 효과 전류 센서(510), 전력 공급 장치(520) 및 전압 디바이더(530)로 구성된다. 스트링(540)으로부터의 전류가, 측정시, 전류 센서를 통과한다. 측정 신 호는 이후에 마이크로-제어기 보드(550)로 전송된다. 유사하게, 어레이 전압이 고-임피던스 전압 디바이더로 전달되며, 전압 디바이더에서 전압이 0-5 VDC로 단계적으로 낮춰지고, 마이크로 컨트롤러 보드로 전달된다. In an alternative embodiment for a string monitor device, a
스트링 어레이 모니터 시스템의 고유 특징은, 일반적인 마이크로 컨트롤러가 어레이 의해 전력을 공급받는다는 것이며, 따라서 독립 전원을 필요로 하지 않는다. 전력 공급 장치가 측정 전자 장치( 전류 센서 및 마이크로 컨트롤러 보드)에 어레이 전압으로부터 변환된, +15 VDC를 공급하며, 이는 일반적으로 300-500 VDC 사이이다. 전력 공급 장치 섹션은,두 개의 제너 다이오드(750)로 표시된 직렬-패스 선형 FET(560)로 구성되며, FET 출력을 약 300 VDC로 유지하고, 이는 V-고성능 AC-DC 컨버터(580)의 최대 출력이며, +15 VDC 전력을 마이크로 컨트롤러 보드로 공급한다.A unique feature of the string array monitor system is that a general microcontroller is powered by the array and therefore does not require an independent power supply. The power supply supplies +15 VDC, converted from the array voltage, to the measurement electronics (current sensor and microcontroller board), which is typically between 300-500 VDC. The power supply section consists of a series-pass
바람직한 실시예에 따른 보드에서 마이크로 컨트롤러 보드(600)가 확장형 8051-기반 마이크로 컨트롤러(610), ADC, RS-485 및 전력 조절을 위한 다른 칩 및 컴포넌트로 구성된다. 마이크로 컨트롤러는, 10개의 스트링 전류와 전압 디바이더로부터의 신호를 획득하기 위해 센서 보드 상의 10개의 전류 센서(620)로부터의 신호를 디지털화한다. 이는 스트링 전압 레벨을 지정한다. 이러한 값이 메모리에 저장되고, RS-485 인터페이스 칩(630)을 통해 쿼리에 대한 ASCII 바이트 값으로 출력된다. 녹색 및 적색 LED(640)가 적절한 동작 및 불안정 동작을 각각 표시한다. 적색 LED는 특정한 종류의 문제를 표시하기 위해 깜박거린다. 위에 설명한 바와 같이, 마이크로 컨트롤러는 어드레스 가능한 결합기 박스 ID 선택 스위치 회로(650) 를 통해 결합기 박스와 통신한다.In the board according to the preferred embodiment, the
상술한 본 발명의 실시예들은 단지 예시와 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 설명된 형태로 한정하려는 것이 아니다. 따라서, 다양한 변화 및 변경을 할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하다. 또한, 이 명세서의 상세한 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. The above-described embodiments of the present invention are for illustration and description only, and are not intended to limit the present invention to the described form. Accordingly, various changes and modifications can be made to those skilled in the art to which the present invention pertains. In addition, the detailed description of this specification does not limit the scope of the present invention.
예를 들어, 위에 설명된 시스템의 처음 두 개의 장치가 어느 유형의 계통 연계형의 새로운 전기 에너지 발생 장치를 모니터하는데 사용될 수 있음은 본 발명에 속하는 분야의 기술자에게 자명하다. 따라서, 이전의 논의는 중심적으로는 계통 연계형 PV 시스템에 관한 것이나, 본 발명이, 태양열, 바이오매스, 바람, 지열, 화석 연료 및 수력 전기를 포함하는, 모든 유형의 독립적인 새로운 에너지 생산 시스템의 성능 및 기여를 감시(또는 모니터) 및 분석하는 수단을 제공하기 위한 것임은 자명하다.For example, it will be apparent to those skilled in the art that the first two devices of the system described above can be used to monitor any type of grid-connected new electrical energy generating device. Thus, the previous discussion is centered on grid-linked PV systems, but the present invention provides for all types of independent new energy production systems, including solar, biomass, wind, geothermal, fossil fuels, and hydroelectricity. Obviously, it is intended to provide a means of monitoring (or monitoring) and analyzing performance and contribution.
따라서, 위의 설명 및 도면이 본 발명의 범위를 제한하기 위해 구체화되어야 하는 것은 아니며, 이하에 첨부된 청구항에 의해 정의된다.Therefore, the above description and drawings should not be construed as limiting the scope of the invention but as defined by the appended claims below.
Claims (27)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US73242105A | 2005-10-04 | 2005-10-04 | |
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