KR20120027181A - 태양광 발전기 고장 진단 방법 - Google Patents

태양광 발전기 고장 진단 방법 Download PDF

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KR20120027181A
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solar generator
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니콜라 생뜨레이
프랑 바뤼엘
앙투안 라브뤼니
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

태양광 발전기가 작동의 단락-회로 모드로부터 개방-회로 모드로 전환되거나 또는 그 반대의 경우, 전압의 에볼루션을 관찰하는 단계를 수행함을 특징으로 하는 태양광 발전기 진단 방법이 제공된다.

Description

태양광 발전기 고장 진단 방법{Method of diagnosing the failure of a photovoltaic generator}
본 발명은 오작동을 탐지할 수 있는 태양광 장치용 진단 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 태양광 발전기 생산의 최적화에 적절하다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하는 태양광 장치에 관한 것이다.
태양광 발전기와 같은, 간헐성 공급원(intermittent sources)으로부터 에너지를 생산하는 장치가 점점 더 많이 사용되고 있다. 이들의 생산 비용은 이들의 독립성(autonomy) 및 실시간으로 가능한 경우 자신의 고장을 진단하는 능력에 의존한다. 현존하는 장치는 심지어 생산이 비정상적으로 감소하는 경우에조차도, 고장상황에 대한 신속한 반응을 위한 설계가 이루어지지 않았다. 이러한 이유로 인하여, 상기 장치는 복잡하고 고비용의 유지 작업을 필요로 한다.
종래의 태양광 장치의 관리는, 예를 들면 장치에 연결된 배터리의 전하량을 측정하거나 또는 장치가 연결된 전기 네트워크상에 얻어진 전기 생산량을 측정함으로써 상기 장치와 연결된 시스템 수준에서 장치의 작동을 관찰하는 것으로 구성된다. 예상된 수치보다 낮은 측정치의 경우, 태양광 장치의 고장이 있는 것으로 판단된다. 이와 같은 종래의 관리는 부정확하다는 단점을 나타낸다. 실제로, 이러한 관리는 그늘 또는 특히 기상 조건에 의해 발생하는 생산량의 정상적인 감소와 장치의 실제 고장을 구별하지 못한다. 더욱이, 예를 들면 장치 내 연결부의 결함 또는 전기 아크 직후의 배선의 저항 증가, 또는 예를 들면 엽렬(delamination) 또는 부식, 그늘 또는 오염물에 의한 태양광 발전기 앞면의 품질저하(deterioration)와 같은, 장치의 다양한 고장을 구별하지 못한다.
문헌 WO2008112080는 고장을 탐지하기 위하여 태양광 모듈 수준에서 측정된 수치와 정상적으로 작동하는 상황에서 사전기록된 수치를 비교하는 단계를 포함하는 해결방안을 개시한다. 이러한 해결방안은 실시하기 어려우며, 매우 방대한 데이터를 요구한다는 점에서 만족스럽지 못하다. 이러한 목적에 대하여, 수많은 측정을 수행하기 위하여 다수의 센서가 필수적이며, 이러한 측정치와 사전기록된 데이터를 비교하기 위한 장기간의 프로세싱이 필수적이다.
따라서, 본 발명의 일반적인 목적은 선행 기술의 상기 해결방안의 문제점을 포함하지 않는, 태양광 장치의 진단 해결방안을 제공하는 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 다음 목적의 모두 또는 일부를 달성하기 위한 것이다:
본 발명의 제1 목적은, 신뢰할만하고 정확한 방법으로 태양광 장치의 고장을 탐지할 수 있는 태양광 장치용 진단 해결방안을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은, 원격으로 그리고 실시간으로 고장을 탐지할 수 있는 태양광 장치용 진단 해결방안을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은, 단순하고 경제적인 방법으로 고장을 탐지할 수 있는 태양광 장치용 진단 해결방안을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 다음을 특징으로 하는 태양광 발전기용 진단 방법에 의존한다: 태양광 발전기가 작동의 단락-회로(short-circuit) 모드로부터 개방-회로(open-circuit) 모드로 전환될 때, 또는 그 반대로 작동의 개방-회로 모드에서 단락-회로 모드로 전환될 때, 시간의 함수로서 전압의 에볼루션(evolution)을 관찰하는 단계를 수행한다.
이러한 목적을 위하여, 상기 방법은, 결함이 없는 상태에서 태양광 발전기가 작동의 단락-회로 모드로부터 개방-회로 모드로 전환될 때 최대 전압 UCO를 얻기 위하여 요구되는 정상적인 시간을 측정하는 단계를 더욱 포함할 수 있거나, 및/또는 최대 전압 UCO를 측정하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
최대 전압 UCO를 측정하는 단계는 태양광 발전기가 작동의 정상 모드로부터 개방-회로 모드로 전환된 이후에 수행될 수 있다.
상기 방법은 태양광 발전기가 작동의 단락-회로 모드로부터 개방-회로 모드로 전환될 때 최대 전압 UCO의 소정의 백분율을 얻기 위하여 요구되는 시간을 측정하는 단계, 및 상기 시간과 결함이 없는 작동 상태의 태양광 발전기에서 얻어진 정상 시간을 비교하는 단계를 포함할 수 있으며, 이러한 시간이 소정의 한계값을 초과하는 경우 태양광 발전기는 결함이 있는 것으로 판정된다.
상기 방법은, 태양광 발전기가 작동의 단락-회로 모드로부터 개방-회로 모드로 전환될 때 소정의 시간 이후 발전기의 단자 사이의 전압 U를 측정하는 단계, 및 상기 전압을 결함이 없는 작동 상태의 태양광 발전기 경우에 얻어진 정상 전압을 비교하는 단계를 포함할 수 있으며, 이러한 전압이 소정의 한계값 미만이 경우 태양광 발전기는 결함이 있는 것으로 판정된다.
이러한 목적을 위하여, 상기 방법은 다음의 추가적인 단계를 포함할 수 있다:
- 제1 스위치를 개방하여, 태양광 발전기를 부하와 단절시킴으로써 태양광 발전기가 닫힌-회로 상태로부터 개방-회로 상태가 되도록 하는 단계;
- 태양광 발전기의 단자들 사이에서 얻어진, 안정화된 최대 전압을 측정하는 단계;
- 제2 스위치를 닫아서 태양광 발전기를 단락-회로에 놓이게 하고 그 후 상기 제2 스위치를 개방하여 태양광 발전기를 다시 개방-회로에 놓이게 하는 단계;
- 소정의 시간 이후에 얻어진 태양광 발전기의 단자들 사이의 전압을 측정하고 이렇게 측정된 전압을 최대 전압과 비교하여 태양광 발전기의 결함 상태 또는 결함이 없는 상태를 결정하는 단계;
- 제1 스위치를 닫아서 태양광 발전기를 다시 그 부하와 연결된 정상적인 전기 생산 상태에 놓이게 하는 단계.
상기 소정의 시간은 10-7 내지 10-2초일 수 있으며 및/또는 상기 최대 전압 UCO의 소정의 백분율은 50 %이상일 수 있다.
태양광 발전기의 고장을 진단하는 경우, 상기 방법은 전류 I의 함수로서의 전압 U의 에볼루션 U(I)의 곡선을 결정할 수 있다.
본 발명의 실시의 두 번째 양상에 따르면, 태양광 발전기 진단 방법은 전압 U의 에볼루션 관찰 단계가 전류 I의 함수로서의 전압 U의 에볼루션 U(I)를 관찰하는 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 방법은 전압-전류 곡선에서 비꼬임(kink)을 탐지하여 이로부터 결함의 수뿐만 아니라 고장의 심각성을 추론하는 단계를 포함할 수 있다.
태양광 발전기 진단 방법은 다음의 추가적인 단계를 포함할 수 있다:
- 제1 스위치를 개방하여, 태양광 발전기를 부하와 단절시킴으로써 태양광 발전기가 닫힌-회로 상태로부터 개방-회로 상태가 되도록 하는 단계;
- 태양광 발전기의 단자들 사이에서 얻어진, 안정화된 최대 전압 UCO을 측정하는 단계;
- 제2 스위치를 닫아서 태양광 발전기를 단락-회로에 놓이게 하고 그 후 상기 제2 스위치를 개방하여 태양광 발전기를 다시 개방-회로에 놓이게 하는 단계;
- 전압 U가 최대 전압 UCO 를 얻을 때까지 태양광 발전기의 단자들 사이에서 전압 U와 전류 I를 측정하여 곡선 U(I)를 얻는 단계;
- 제1 스위치를 닫아서 태양광 발전기를 다시 그 부하와 연결된 정상적인 전기 생산 상태에 놓이게 하는 단계.
작동의 단락-회로 모드로부터 개방-회로 모드로의 전환은 인버터에 의해 수행될 수 있다.
본 발명은 또한 수 개의 태양광 전지를 포함하는 태양광 발전기를 포함하는 태양광 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 두 개 이상의 스위치를 포함하여서 태양광 발전기의 적어도 하나의 전지가 작동의 단락-회로 모드로부터 개방-회로 모드로 전환되거나 또는 그 반대로 전환되도록 함을 특징으로 하며, 그리고 전술한 바와 같은 태양광 발전기 진단 방법을 수행하는 마이크로제어기 또는 CPU를 포함함을 특징으로 한다.
제1 스위치는 선택적으로 태양광 발전기를 배터리와 같은 외부 부하 또는 전기 네트워크에 연결시킬 수도 있으며, 적어도 하나의 제2 스위치는 태양광 발전기의 적어도 하나의 전지와 병렬일 수 있다.
마이크로제어기 또는 CPU는 태양광 장치를 전기 네트워크에 연결시킬 수 있는 인버터의 마이크로제어기 또는 CPU일 수 있거나, 또는 마이크로제어기 또는 CPU는 태양광 발전기의 평탄면에 배치된 하우징 내에 통합될 수 있다.
본 발명의 이러한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 결합하여 비-제한적으로 제시되는 특정 실시 모드의 상세한 설명에서 상세하게 제시될 것이다.
도 1은 태양광 전지와 등가인 전기 회로를 도식적은 나타낸다.
도 2는 여러 태양광 전지의 단자들 전반에서 얻은 전압-전류 곡선을 나타낸다.
도 3은 병렬로 연결되고, 그 중 하나가 결함이 있는, 두 개의 태양광 전지의 전기 회로를 도식적으로 나타낸다.
도 4 및 도 5는 각각 정상 및 결함있는 태양광 전지의 단자들 전반에 걸쳐 시간의 함수로서의 전압의 에볼루션 곡선에 기초하여, 태양광 발전기를 진단하는 서로 다른 두 가지 과정을 나타낸다.
도 6은 다양한 경우에 따라 태양광 발전기의 단자들 전반에 걸쳐 얻어진 전압-전류 곡선을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 한 가지 실시 모드에 따른 태양광 장치를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 한 가지 실시 모드에 따라, 태양광 장치의 진단을 수행하기 위한 전기 회로를 나타낸다.
본 발명은 태양광 발전기가 작동의 단락-회로 모드로부터 작동의 개방-회로 모드로 전환되거나 또는 그 반대가 될 때, 태양광 발전기 전압의 에볼루션을 분석하는 것에 의존한다. 이러한 에볼루션은 이러한 모드의 변화 동안 태양광 발전기 수준에서 시간의 함수로서의 전압의 곡선을 통하거나 또는 전압의 함수로서의 전류를 나타내는 곡선의 분석을 통하여 관찰될 수 있다.
태양광 전지는 도 1에 도식적으로 제시된 것과 같은 전기 회로로서 행동한다. 상기 회로는 전류 I 및 출력 단자 AB에서의 전압 U를 제공한다.
도 2는 여러 가지 태양광 전지의 단자들 사이에서 얻어진 전압 U의 함수로서의 전류 I의 곡선을 나타낸다. 곡선 1 및 2는 정상 작동 동안의 태양광 전지 경우를 나타내며, 이를 무-결함 전지라고 한다. 곡선 3은 불충분한 조사(irradiation)를 받거나 또는 전혀 조사(irradiation)를 받지 못하는 태양광 전지의 상황을 나타내며, 이를 결함있는 전지라 한다. 이러한 수 개의 태양광 전지를 포함하는 태양광 발전기로부터 제공된 전류가 IPV 값까지 상승하는 경우, 정상 작동 상태의 태양광 전지는 단자들 사이에서 양의 전압 U1, U2를 나타내는 반면, 고장난 전지는 음의 전압 U3를 나타낼 것이다.
도 3은 고장난 전지와 병렬로 놓인 정상 작동중인 전지의 전기적 표현을 도식적으로 나타내며, 여기서 상기 고장난 전지의 전압 U'는 정상 작동 상태인 전지의 전압 U와 반대 방향이다. 결함있는 태양광 전지에서, 커패시터 C'는 음으로 하전되고, 그 반대 전압(opposite voltage)은 전지의 공칭 전압(nominal voltage) 값의 20배 이상을 얻을 수 있으며, 최대 전류는 또 다른 전지의 최대 전류보다 작다. 이와 같이 결함있는 전지와 연결된 회로의 개방 상태 경우, 결함있는 전지의 전압은 양의 공칭 값(nominal value)을 얻기 위한 시간이 정상 전지의 전압보다 훨씬 더 오래 걸릴 것이다. 이러한 시간은 20승 내지 100승 더 오래 걸릴수도 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 태양광 발전기가 단락-회로 모드에서 개방 회로로 전환될 때 태양광 발전기의 응답에 따른 사전 현상(previous phenomenon)을, 태양광 발전기 작동의 진단을 수행하기 위하여 사용하는 것이다.
도 4 및 5는 각각 정상 상태의 경우와 결함있는 작동의 경우에 있어서, 태양광 발전기가 단락-회로에서 개방 회로로 전환될 때 태양광 발전기의 단자들 사이에서의 시간 t의 함수로서의 전압 U의 에볼루션의 곡선 (15, 16)을 나타낸다. 정상 곡선(15)은 전압 U가 최종적으로 최대 전압 UCO로 수렴함을 나타낸다. 곡선(16)은 결함있는 발전기의 전압이 훨씬 덜 빨리 증가함을 나타낸다.
따라서, 도 4에 제시된 바와 같이, 태양광 발전기의 상태를 진단하기 위한 첫 번째 과정은 최대 전압 UCO의 소정의 백분율, 예를 들면 95%를 나타내는 전압 Uf를 얻기 위하여 소요되는 시간을 관찰하는 것을 포함한다. 정상적으로 작동하는 발전기의 경우 소정의 최종 값 Uf는 정상 시간 tn 이후에 얻어진다. 결함있는 발전기의 경우, 소정의 최종 값 Uf는 더 긴 시간 td 이후에 얻어진다. 따라서, 시간 td와 tn의 비교는 태양광 발전기의 상태를 진단하는 것을 가능하게 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 두 번째 과정은 소정의 시간 tf에 대하여 얻어진 전압을 측정하는 것을 포함한다. 정상 상태인 발전기의 경우, 정상값 Un이 시간 tf 이후에 얻어진다. 결함있는 발전기의 경우, 더 낮은 최종값 Ud가 시간 tf 이우에 얻어진다. 따라서, 전압 Un과 Ud의 비교는 태양광 발전기의 상태를 진단하는 것을 가능하게 한다.
도 6은, 태양광 발전기가 단락-회로 상태에서 개방-회로 상태로 전환될 때 각각 세 가지의 서로 다른 상황에 따라 얻어진 세 개의 U(I) 곡선(4, 5, 6)을 나타낸다. 각각의 U(I) 곡선은 태양광 발전기를 구성하는 태양광 전지 각각의 U(I) 곡선의 합이다. 동등한 곡선이 개방-회로 상태에서 단락-회로 상태로 전환될 때 얻어질 수 있다.
곡선(4)은 모든 태양광 전지가 적절한 정상 상태인 경우의 태양광 발전기를 나타낸다. 회로를 개방하면, 비교적 짧은 시간 이후에, 전류는 0 값을 얻을 것이며 반면에 전압은 최대값 UCO를 얻을 것이다. 곡선(5)은 적어도 하나의 결함있는 태양광 전지를 포함하는 발전기의 경우에 얻어진 동일한 곡선을 나타낸다. 본 곡선은 전류가 더욱 급격하게 하락하는 동안 전압이 조금 상승하는 과정에서의 비꼬임(kink)(7)을 나타낸다. 곡선(6)은 또 다른 예를 나타내는데 여기서 곡선은 두 개의 비꼬임(8, 9)을 나타내며 이는 적어도 두 개의 결함있는 태양광 전지가 존재한다는 것을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 적어도 하나의 고장 전지를 나타내는 발전기에 대한 곡선(5, 6)의 경우 훨씬 더 긴 시간이 걸릴지라도, 모든 경우 동일한 전압 값 UCO가 최종적으로 얻어진다. 이러한 실시예는 몇 가지 상황을 제시할 수 있도록 하며 U(I) 곡선이 다음과 같은 진단을 얻을 수 있도록 한다.
- 비꼬임(7, 8, 9) 만큼 많은 결함이 장치 내에 존재하며;
- 비꼬임이 심각하면 심각할수록, 고장이 더욱 심각하다.
상기 설명은 도 7에 도시된 바와 같이 그 작동의 진단을 가능하게 하는 장치가 구비된 태양광 장치의 실시 모드에서 사용될 수 있다.
도 7의 태양광 장치는 태양광 발전기(10)를 포함하며, 상기 태양광 발전기(10)는 하나 또는 그 이상의 태양광 전지를 포함하고, 인버터(11)를 경유하여 링크에 의해 전기 네트워크(12)에 연결된다. 상기 인버터는 마이크로제어기 또는 CPU(13)에 의해 작동되며, 상기 CPU의 주된 기능은 태양광 발전기(10)의 동작점(operating point) 및 네트워크(12)와의 연결을 결정하는 것이다. 이를 위하여, 상기 CPU는 전압 상승을 조절하기 위한 블록(14), DC-DC 컨버터(15), 및 생산 네트워크상의 공개를 조절하는 블록(16)과 연결된다. 그 기능을 만족시키기 위하여, CPU(13)는 규칙적으로 다음의 측정을 지시한다:
- DC 패널에 의해 제공되는 전압 및 전류
- DC-측 고립 측정(DC-side isolation measurement);
- 네트워크 존재 측정
- AC 네트워크에 인가된 전류 및 전압.
본 발명에 따르면, 태양광 장치는 전술한 인버터(11) 내에 통합된 진단 장치를 더욱 포함하며, 상기 진단 장치의 CPU는 태양광 발전기에 대한 진단 방법을 수행하고, 특히 고장 탐지를 위한 진단 방법을 수행하며, 이는 이하에서 더욱 설명될 것이다. 진단 장치는 도 8에 제시된 전기 다이어그램에 대응한다. 인버터의 CPU(13)는 태양광 발전기(10)의 전류 I 및 전압 V의 측정치를 수신하고 두 개의 브레이커(즉, 스위치) T1, T2를 제어한다. 전기 생산의 정상적인 작동 상태에서, 스위치 T2는 닫히는 반면 스위치 T1은 열린다. 다른 한편으로, 특히 적어도 하나의 스위치에 의존하는 또 다른 장치도 가능하다. 또 다른 한편으로, 진단 장치는 예를 들어 적어도 하나의 태양광 전지의 평탄면에 위치한 하우징과 같은, 인버터의 임의의 또 다른 명확한 하우징 내에 통합될 수도 있다. 다양한 구체 예에 따르면, 태양광 발전기 내에서의 전기 아크 탐지를 위한 기능소자와 같은, 또 다른 기능소자가 상기 하우징 내에 통합될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 마이크로제어기 또는 또 다른 매체에 설치되고, 그 후 태양광 장치 내에 통합되며, 스위치 또는 스위치들의 제어에 동조하는 측정치를 수신하는 것에 기초하여 작동하는 소프트웨어에 의해 수행된다.
이러한 장치는 다음 단계를 포함하는 첫 번째 구체 예에 따르는 진단 방법의 수행을 가능하게 한다:
- 스위치 T2를 개방하여 태양광 발전기를 닫힌 회로(closed-circuit) 모드에서 개방-회로 모드로 전환시키는 단계;
- 소정의 시간(안정화 시간) 경과 후 전류가 0일 때, 태양광 발전기의 단자들 사이에서 얻어진 안정화된 최대 전압 UCO를 측정하는 단계;
- 스위치 T1을 닫아서 태양광 발전기를 단락-회로에 놓이게 하고 그 후 스위치 T1을 개방하여 태양광 발전기를 다시 개방-회로에 놓이게 하는 단계;
- 소정 시간 t 이후 얻어진 태양광 발전기의 단자들 사이의 전압 U를 측정하는 단계. 본 실행 모드에서, t는 15 마이크로초와 동일하게 선택된다. 결함이 없는 작동상태인 발전기가 안정화된 최대 전압 UCO의 소정의 백분율을 얻기 위하여 요구되는 시간에 비교적 근접한 모든 수치가 적절하며, 이러한 시간은 측정되거나 또는 평가된다. 따라서 소정 시간 t는 적어도 결함이 없는 발전기에 대하여, 전압이 발전기의 최대 전압 UCO에 접근하도록 충분히 클 것이다. 따라서, 더욱 일반적으로, 10-7 내지 10-2초의 값이 이러한 소정의 시간을 위하여 선택될 수 있다;
- 측정된 전압 U와 최대 전압 UCO의 소정의 백분율을 비교하는 단계;
- 측정된 전압 U가 최대 전압 UCO의 특정의 소정 백분율을 얻는 경우, 발전기는 정상적으로 작동하는 것으로 판단되고 스위치 T2가 닫혀서 상기 발전기를 다시 정상 전기 생산 상태로 놓이게 하는 단계. 상기 소정의 백분율은 본 실시 모드에서는 95%로 고정된다. 또 다른 값을 취할 수도 있는데, 왜냐하면 상기 소정의 백분율은 소정 시간 t에 의존하며 예를 들면 바람직하게는 50% 이상의 임의 값을 취할 수도 있기 때문이다;
- 측정된 전압 U가 최대 전압 UCO의 소정의 백분율을 얻지 못하는 경우 발전기는 결함이 있는 것으로 판단되는 단계.
본 발명의 또 다른 구체 예에 따르면, 장치가 작동의 단락-회로 모드에서 개방-회로 모드로 전환하는 동안 결정된 전압-전류 곡선 U(I)를 관찰하는 것이 가능하다. 이를 위하여, 다음의 단계가 수행된다:
- 스위치 T1을 닫아서 태양광 발전기를 다시 단락-회로에 놓이게 하고 그 후 스위치 T1을 개방하여 태양광 발전기를 다시 개방-회로에 놓이게 하는 단계;
- 소정의 주파수 facq에 따라 다수의 전압 및 전류 포인트를 측정하는 단계, 상기 주파수는 유리하게는 100 kHz 내지 1 MHz 범위이다;
- 전압이 UCO 값을 얻을 때, 스위치 T2를 닫아서 발전기를 다시 정상 전기 생산 상태로 놓이게 하는 단계;
- 측정된 상기 포인트를 전송하여 태양광의 CPU(13)를 사용하여 분석하는 단계, 이러한 분석에 의해 결함의 수 및 손상의 심각성을 판단할 수 있다.
상반되는 모드에서의 또 다른 구체 예에 따르면, 단지 첫 번째 단계가 변형된다: 스위치 T1을 먼저 개방하고 그 후 닫아서 발전기가 개방 회로에서 단락-회로로 전환되도록 한다.
한 변형으로서, 전술한 두 가지 실행 모드는 통합될 수 있다. 예를 들면, 작동의 단락-회로 모드에서 작동의 개방-회로 모드로 전환될 때 시간의 함수로서 전압의 에볼루션의 분석에 의존하는 첫 번째 실행 모드에 뒤이어서, 결함이 탐지된 경우, 곡선 U(I)의 에볼루션을 결정하고 관찰하여 이로부터 장치의 결함에 대한 상보적인 정보를 추론하는 것이 후속할 수 있다.
본 발명의 유리한 실시에 따르면, 진단을 수행하는 데 요구되는 시간은 인버터(11)의 완전한 불능화 없이 실시를 가능하게 하기에 충분하게 짧으며, 그 반대의 경우에는, 최대 전력을 다시 생산하기 위하여 상당한 시간, 가능하게는 수 분 정도의 상당한 시간을 요구할 수도 있다. 이를 위하여, 인버터가, 네트워크로의 적어도 1 밀리초의 인가에 대응하는 에너지를 저장할 수 있도록 하는 커패시티브 버스(capacitive bus)를 포함하는 것에 주목하여야 한다. 개방 회로로 전환할 때 태양광 발전기의 전압이 최대값을 얻기 위하여 요구되는 시간은 발전기(10)의 전류 및 등가 커패시턴스(equivalent capacitance)에 의존한다. 평가에 의하면, 이러한 시간은 조사(irradiation)의 함수로서 그리고 전지의 고유 특성의 함수로서 약하게 변화한다. 따라서, 급속 출력 트랜지스터(fast power transistor), 예를 들면 마이크로초 수준으로 신속히 스위칭하는 구성성분 T1, T2, 및/또는 적절한 측정 수단을 선택함으로써, 1 밀리초 미만의 시간에서 진단을 수행하는 것이 가능하며, 이에 따라 인버터를 무능화시키지 않는 것이 가능하며 전기 생산에 악영향을 미치지 않게 하는 것이 가능하다. 진단 방법은 주기적으로 수행되며, 따라서 실시간으로 장치를 검사하는 것이 가능하다.
태양광 장치의 진단 방법이 본 발명의 최선 실시 모드에 따른 예에 의해 설명되었다. 물론, 개방-회로 상태에서 발전기의 단자들 사이에서 최대 전압 UCO를 얻기 위하여 요구되는 시간의 변화에 따라 다른 변형도 가능하다. 이러한 최대 전압이 진단 방법의 각 수행 마다 측정되어야 하는 것은 아니지만, 예를 들면 발전기가 새로운 종류일 때 결함 없는 정상 작동 동안, 단지 한번 측정되고 저장될 수도 있다. 이와 유사하게, 이러한 값을 얻기 위하여 요구되는 시간은 동시에 측정되고 저장되어서, 진단 단계를 위한 기초로서의 역할을 할 수도 있다.
따라서, 발전기 진단 방법의 최선 실시 모드의 가능한 변형은 발전기가 개방 회로로 전환하는 동안 전압이 최대 전압을 얻을 때까지 대기하는 단계, 소요되는 시간을 측정하고 정상 작동 상태에서의 정상 시간과 비교하는 단계를 조직적으로 포함할 수 있다. 이러한 시간이 소정의 백분율만큼 정상 시간을 초과하는 경우, 발전기는 결함이 있는 것으로 판단된다.
진단 방법이 도 8에 제시된 전기 다이어그램에 대응하는 진단 장치에 기초하여 설명되었다. 유리한 변형에 따르면, 진단은 태양광 인버터의 입력 구조를 사용하여 수행될 수 있다. 종래에는, 이러한 인버터는 병렬 또는 직렬, 또는 둘 모두로 연결된 전력 전자 부품을 사용하여, 인버터 파트(DC/AC 컨버터 단)를 "태양광 인버터" 장치의 차퍼(chopper) 파트(DC/DC 컨버터 단)로부터 단절시키거나 및/또는 DC/DC 전환 기능의 수행을 가능하게 한다. 이러한 부품들은 입력부에 연결된 태양광 발전기 또는 발전기들의 단락-회로로부터 개방 회로로의 전환을 수행할 수 있으며 이에 따라 진단을 수행하는 것을 가능하게 한다. 따라서 이러한 기능성은 현존하는 인버터에 소프트웨어를 적용함으로써 용이하게 수행될 수 있다.
따라서 본 발명은 제안된 목적을 달성하며, 태양광 발전기의 정확하고 신속한 진단을 가능하게 하며, 특히 생산량이 감소하는 경우 이러한 생산량 감소가 태양광 발전기의 결함으로부터 기인하는 것인지 아니면 결함있는 배선 또는 연결에 관련된 것인지를 결정할 수 있게 한다. 따라서 관리자는 고장을 신속하고 정확하게 통지받을 수 있다.

Claims (15)

  1. 태양광 발전기 진단 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 태양광 발전기가 작동의 단락-회로 모드로부터 개방-회로 모드로 전환되거나 또는 그 반대로 작동의 개방-회로 모드로부터 단락-회로 모드로 전환됨에 따라, 시간의 함수로서 상기 태양광 발전기의 전압(U)의 에볼루션을 관찰하는 단계를 수행함을 특징으로 하는, 태양광 발전기 진단 방법.
  2. 청구항 1 에 있어서, 상기 방법은 상기 태양광 발전기가 결함이 없는 상태에서 작동의 단락-회로 모드로부터 개방-회로 모드로 전환될 때 최대 전압 (UCO)을 얻기 위해 소요되는 정상 시간을 측정하는 단계를 더욱 포함하거나 및/또는 최대 전압 (UCO)을 측정하는 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는, 태양광 발전기 진단 방법.
  3. 청구항 2 에 있어서, 상기 최대 전압 (UCO)을 측정하는 단계가 태양광 발전기가 작동의 정상 모드로부터 개방-회로 모드로 전환된 이후에 수행됨을 특징으로 하는, 방법.
  4. 앞선 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 태양광 발전기가 작동의 단락-회로 모드로부터 개방-회로 모드로 전환될 때 최대 전압 (UCO)의 소정의 백분율을 얻기 위하여 소요되는 시간을 측정하는 단계, 및 상기 시간을 결함이 없는 작동 상태의 태양광 발전기에서 소요되는 정상 시간과 비교하여, 상기 시간이 소정의 한계값을 초과하는 경우 태양광 발전기가 결함이 있는 것으로 판단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 태양광 발전기가 작동의 단락-회로 모드로부터 개방-회로 모드로 전환될 때 소정의 시간 이후에 태양광 발전기의 단자들 사이에서 전압(U)을 측정하는 단계, 및 상기 전압을 결함이 없는 작동 상태의 태양광 발전기에서 얻어진 정상 전압과 비교하여, 상기 전압이 소정의 한계값 미만인 경우 태양광 발전기가 결함이 있는 것으로 판단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 방법.
  6. 청구항 5 에 있어서,
    - 제1 스위치(T2)를 개방하여, 태양광 발전기를 부하와 단절시킴으로써 태양광 발전기가 닫힌-회로 상태로부터 개방-회로 상태가 되도록 하는 단계;
    - 태양광 발전기의 단자들 사이에서 얻어진, 안정화된 최대 전압 (UCO)을 측정하는 단계;
    - 제2 스위치 (T1)를 닫아서 태양광 발전기를 단락-회로에 놓이게 하고 그 후 상기 제2 스위치 (T1)를 개방하여 태양광 발전기를 다시 개방-회로에 놓이게 하는 단계;
    - 소정의 시간(t) 이후에 얻어진 태양광 발전기의 단자들 사이의 전압(U)을 측정하고 이렇게 측정된 전압(U)을 최대 전압(UCO)과 비교하여 태양광 발전기의 결함 상태 또는 결함이 없는 상태를 결정하는 단계;
    - 제1 스위치(T2)를 닫아서 태양광 발전기를 다시 그 부하와 연결된 정상적인 전기 생산 상태에 놓이게 하는 단계;
    의 추가적인 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는, 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6 에 있어서, 상기 소정의 시간은 10-7 내지 10-2초이며 및/또는 상기 최대 전압(UCO)의 소정의 백분율은 50 %이상임을 특징으로 하는, 방법.
  8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 태양광 발전기의 고장을 진단하는 경우, 상기 방법이 전류(I)의 함수로서 전압(U)의 에볼루션 U(I)의 곡선을 결정함을 특징으로 하는, 방법.
  9. 청구항 1 에 있어서, 전압(U)의 에볼루션을 관찰하는 단계가 전류(I)의 함수로서 전압(U)의 에볼루션 U(I)을 관찰하는 것을 더욱 포함함을 특징으로 하는, 방법.
  10. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 전압-전류 곡선에서 비꼬임(7, 8, 9)을 탐지하여 이로부터 결함의 수뿐만 아니라 고장의 심각성을 추론하는 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는, 방법.
  11. 청구항 10 에 있어서,
    - 제1 스위치(T2)를 개방하여, 태양광 발전기를 부하와 단절시킴으로써 태양광 발전기가 닫힌-회로 상태로부터 개방-회로 상태가 되도록 하는 단계;
    - 태양광 발전기의 단자들 사이에서 얻어진, 안정화된 최대 전압(UCO)을 측정하는 단계;
    - 제2 스위치(T1)를 닫아서 태양광 발전기를 단락-회로에 놓이게 하고 그 후 상기 제2 스위치(T1)를 개방하여 태양광 발전기를 다시 개방-회로에 놓이게 하는 단계;
    - 전압(U)이 최대 전압(UCO)을 얻을 때까지 태양광 발전기의 단자들 사이에서 전압(U)과 전류(I)를 측정하여 곡선 U(I)를 얻는 단계;
    - 제1 스위치(T2)를 닫아서 태양광 발전기를 다시 그 부하와 연결된 정상적인 전기 생산 상태에 놓이게 하는 단계;
    의 추가적인 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는, 방법.
  12. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 작동의 단락-회로 모드로부터 개방-회로 모드로의 전환 또는 그 반대가 인버터(11)에 의해 수행됨을 특징으로 하는, 방법.
  13. 수 개의 태양광 전지를 포함하는 태양광 발전기를 포함하는 태양광 장치에 있어서, 상기 장치는 두 개 이상의 스위치(T1; T2)를 포함하여서 태양광 발전기의 적어도 하나의 전지가 작동의 단락-회로 모드로부터 개방-회로 모드로 전환되거나 또는 그 반대로 전환되도록 함을 특징으로 하며, 그리고 전술한 청구항 중 어느 한 항에 따르는 태양광 발전기 진단 방법을 수행하는 마이크로제어기 또는 CPU(13)를 포함함을 특징으로 하는, 태양광 장치.
  14. 청구항 13 에 있어서, 제1 스위치(T2)가 선택적으로 태양광 발전기를 배터리와 같은 외부 부하 또는 전기 네트워크에 연결시키거나 또는 연결시키지 않으며, 적어도 하나의 제2 스위치(T1)가 태양광 발전기의 적어도 하나의 전지와 병렬임을 특징으로 하는, 태양광 장치.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14 에 있어서, 마이크로제어기 또는 CPU(13)가 태양광 장치를 전기 네트워크에 연결시킬 수 있는 인버터의 마이크로제어기 또는 CPU일 수 있거나, 또는 마이크로제어기 또는 CPU(13)가 태양광 발전기의 평탄면에 배치된 하우징 내에 통합됨을 특징으로 하는, 태양광 장치.
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