KR20130047898A - 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법 - Google Patents

태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법으로서, 복수개의 태양광 전지모듈이 직렬라인으로 직렬 연결된 태양전지 어레이를 구비한 태양광 발전 장치를 포함하며, 복수개의 태양광 전지모듈 중 첫번째 태양광 전지모듈의 음극 단자에 연결된 그라운드; 상기 복수개의 태양광 전지모듈 중 선택된 2개의 태양광 전지모듈 사이의 직렬라인에 연결된 신호라인; 상기 신호라인의 출력전압과 상기 태양광 전지모듈의 발전용량을 기초로 상기 복수개의 태양광 전지모듈 중 고장이 발생한 태양광 전지모듈을 판단하는 고장 감지부; 및 상기 태양광 전지모듈의 작동 상태 정보 및 고장 여부 정보를 제공하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링 장치와 이를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장 진단 방법이며, 이와 같은 본 발명에 의하면 태양광 발전 시스템에서 복수개의 태양광 전지 모듈에 대한 개별적인 고장 진단이 가능한 태양광 발전 모니터링 시스템과 이를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법을 제공할 수 있다.

Description

태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법 {Photovoltaic monitoring device that can be default diagnosis each module and method of diagnosing Photovoltaic power generator}
본 발명은 태양광 발전 모니터링 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수개의 태양광 전지셀이 직렬로 연결되어 하나의 태양광 전지모듈을 형성하고, 복수개의 태양광 전지모듈이 직렬로 연결되어 태양전지 어레이를 형성하는 태양광 발전시스템에서 복수개의 태양광 전지모듈 중 고장이 발생되거나 발전효율이 떨어진 태양광 전지모듈을 판단할 수 있는 태양광 발전 모니터링 장치와 이를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장 진단 방법에 대한 것이다.
태양광 발전 (photovoltaic power generation)은 햇빛을 직류 전기로 바꾸어 전력을 생산하는 발전 방법으로서, 여러개의 태양 전지들이 붙어있는 태양광 패널을 대규모로 펼쳐 태양광 에너지를 이용하여 전기를 생산하게 된다.
재생가능 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라, 태양 전지와 태양전지 어레이의 생산도 크게 늘어나고 있는 추세이며, 현재는 계통연계형으로 태양광 발전 시스템을 구축하고 있는 실정이다.
나아가서 태양광 전기에 대한 특혜적인 기준가격 의무구매제와 요금상계제 같은 재정적인 장려 정책을 호주, 독일, 이스라엘, 일본 및 미국을 포함한 많은 나라에서 지원함으로써 태양광 발전 설비의 설치를 확대하고 있다.
이와 같은 태양광 발전은, 반영구적으로 활용할 수 있고, 태양 전지를 사용해서 유지 보수가 간편하며, 무공해ㆍ무진장의 태양 에너지원을 사용하는 점 등으로 미래의 대체 에너지원으로 각광 받고 있다.
도 1은 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성을 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이 태양광 발전 시스템은 복수개의 태양광 전지셀이 모여 하나의 태양광 전지모듈(PV module)(10a, 10b,...10n)을 형성하고 복수개의 태양광 전지모듈이(10a,10b,...10n)이 직렬로 연결되어 하나의 태양전지 어레이(PV array)(10)를 형성한다. 복수개의 태양광 전지모듈(10a, 10b,...10n)이 직렬 연결되어 형성된 태양전지 어레이(10, 20)는 접속반(40a, 40b,...40n)에 연결되며, 각각의 태양전지 어레이(10, 20)에 연결된 접속반(40a, 40b,...40n)들은 다시 인버터(50)로 연결된다.
태양광 발전 시스템에서 각각의 태양광 전지 모듈(10a,10b,...10n)에서 생산된 DC 전력은 접속반(40a)에서 통합되며, 인버터(50)에서 DC 전력이 AC 전력으로 변환되고 변압기/배전반(미도시)에서 승압되어 배전선(미도시)을 통해 생산된 전력이 수용가로 전달된다.
이와 같은 태양광 발전 모니터링 시스템은 현재 태양광 발전 시스템에서 더욱 중요한 요소로 인식되고 있는데, 이는 세부적인 모니터링 없이는 태양광 발전이 적합한 성능으로 작동하고 있는지 또는 문제발생으로 태양광 발전의 효율성이 떨어지고 있는지 등을 파악할 수 없기 때문이다. 따라서 효과적인 태양광 발전 시스템의 효율적인 운영을 보장하기 위해서는 실시간으로 태양광 발전 시스템의 인버터에서의 직류 전압/전류, 교류 각 상의 전압/전류 및 그 외에 일사량, 온도 등을 측정하여 실시간 운전 데이터를 저장하고 태양광 발전 시설의 상태를 파악하여 사고 분석 및 사고 위험의 사전 예방이 가능해야 한다.
하지만 종래의 태양광 발전 모니터링 시스템은 인버터에서의 직류 전압/전류, 교류 각 상의 전압/전류만을 측정하므로, 만약 다수의 태양광 전지 모듈 중 어느 하나에서 고장이 발생한 경우에 어느 모듈에서 고장이 발생했는지를 파악하는 것이 용이하지 않고, 또한 현재의 일사량이 적어서 발전 용량이 작은 것인지 모듈의 고장으로 발전 용량이 떨어진 것인지를 원격지에서 판단하는 것이 불가능하다.
따라서 종래의 태양광 발전 시스템의 고장 여부를 판단하기 위해서는 현장에 인원이 투입되어 하나하나의 태양광 전지모듈의 각각의 전압 전류를 직접 직접 확인하는 방식으로 고장 여부를 판단하는데, 이는 많은 인력의 낭비일 뿐만 아니라 이로 인한 시간 및 비용 등이 많이 소요되며 더욱이 태양광 전지 모듈의 고장 진단에 대한 정확성이 떨어지는 것이 가장 큰 문제이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 태양광 발전 시스템의 다수의 태양광 전지 모듈 중 어느 하나에서 고장이 발생한 경우에 어느 모듈에서 고장이 발생했는지를 용이하게 파악할 수 있으며, 또한 현재의 일사량이 적어서 발전 용량이 작은 것인지 모듈의 고장으로 발전 용량이 떨어진 것인지를 원격지에서 판단할 수 있는 태양광 발전 모니터링 장치와 이를 이용하여 태양광 발전 시스템의 고장을 진단하는 방법을 제공하고자 한다.
특히 기설비된 태양광 발전 시스템의 각 구성의 교체 없이 간단한 모니터링 장치를 추가하여 효과적으로 태양광 발전 시스템의 태양광 전지 모듈에서 발생되는 문제를 모니터링 할 수 있는 고장 진단 장치와 방법을 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 달성하고자 본 발명은, 복수개의 태양광 전지모듈이 직렬라인으로 직렬 연결된 태양전지 어레이를 구비한 태양광 발전 장치를 포함하며, 복수개의 태양광 전지모듈 중 첫번째 태양광 전지모듈의 음극 단자에 연결된 그라운드; 상기 복수개의 태양광 전지모듈 중 선택된 2개의 태양광 전지모듈 사이의 직렬라인에 연결된 신호라인; 상기 신호라인의 출력전압과 상기 태양광 전지모듈의 발전용량을 기초로 상기 복수개의 태양광 전지모듈 중 고장이 발생한 태양광 전지모듈을 판단하는 고장 감지부; 및 상기 태양광 전지모듈의 작동 상태 정보 및 고장 여부 정보를 제공하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링 장치이다.
여기서 상기 고장 감지부는, 상기 복수개의 태양광 전지모듈의 직렬 연결 순서에 따라 순차적으로 각 태양광 전지모듈이 생산할 수 있는 전력량을 적산하여 발전용량을 산출하고, 산출된 발전용량과 상기 신호라인의 출력전압을 대비하여 그 차이가 기준치의 초과여부로 상기 태양광 전지모듈의 고장 여부를 판단할 수 있다.
바람직하게는, 상기 신호라인은 상기 복수개의 태양광 전지모듈 중 중간에 위치된 2개의 태양광 전지모듈 사이의 상기 직렬라인에 될 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 신호라인은 상기 복수개의 태양광 전지모듈 중 기설정된 개수씩 이격된 태양광 전지모듈의 상기 직렬라인에 각각 연결되어 복수개로 배치될 수 있다.
나아가서 상기 고장 감지부는, 온도 센서와 일사량 센서를 포함하며, 상기 태양광 전지모듈의 온도와 일사량을 기초로 상기 태양광 전지모듈의 발전용량을 산출할 수 있다.
한 걸음 더 나아가서 상기 복수개의 태양광 전지모듈이 직렬라인으로 직렬 연결된 태양전지 어레이가 복수개가 구비되며, 복수개의 상기 태양전지 어레이에 각각 대응되어 상기 신호라인이 배치되고, 상기 고장 감지부는 각각의 신호라인으로부터의 출력 전압과 발전용량을 기초로 각각의 태양광 어레이에 대하여 고장 여부를 판단하며, 상기 제어부는, 복수개의 상기 고장 감지부의 고장 여부 판단 결과를 통합하여 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 복수개의 태양광 전지모듈이 직렬라인으로 직렬 연결된 태양전지 어레이가 구비된 태양광 발전 시스템의 고장을 판단하는 방법에 있어서, 복수개의 태양광 전지모듈의 직렬 연결 순서에 따라 각각의 태양광 전지모듈이 생산할 수 있는 전력량을 순차적으로 적산하여 태양광 전지모듈의 발전용량을 산출하는 단계; 상기 복수개의 태양광 전지모듈을 직렬 연결시키는 직렬라인에 연결된 신호라인을 통해 출력전압을 검출하는 단계; 및 산출된 상기 발전용량과 상기 신호라인의 출력전압을 대비하여 상기 태양광 전지모듈의 고장 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법을 포함한다.
바람직하게는 상기 발전용량을 산출하는 단계는, 온도 센서와 일사량 센서를 통해 획득된 상기 태양광 전지모듈의 온도와 태양의 일사량에 기초하여 상기 태양광 전지모듈이 생산할 수 있는 전력량을 산출할 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 발전용량을 산출하는 단계는, 상기 신호라인이 연결된 직렬라인의 전단까지의 복수개의 상기 태양광 전지모듈이 생산할 수 있는 전력량을 적산하여 발전용량을 산출할 수 있다.
나아가서 상기 고장 여부를 판단하는 단계는, 상기 발전용량과 상기 출력전압을 대비하여 상기 발전용량과 상기 출력전압의 차이가 기설정된 범위를 초과하는 경우에 상기 신호라인이 연결된 직렬라인의 전단까지의 상기 태양광 전지모듈에 고장이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
한 걸음 더 나아가서 상기 발전용량, 상기 출력전압 및 고장이 발생 여부 정보를 관리자에게 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 복수개의 태양전지 어레이를 구비하는 태양광 발전 시스템에 대해서는 각각의 태양전지 어레이에 대하여, 상기 발전용량을 산출하는 단계, 상기 출력전압을 검출하는 단계 및 상기 고장 여부를 판단하는 단계를 수행할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 태양광 발전 시스템에서 복수개의 태양광 전지 모듈에 대한 개별적인 고장 진단이 가능한 태양광 발전 모니터링 시스템과 이를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법을 제공할 수 있다.
특히 본 발명에 의하면, 태양광 발전 시스템의 다수의 태양광 전지 모듈 중 어느 하나에서 고장이 발생한 경우에 어느 모듈에서 고장이 발생했는지를 용이하게 파악할 수 있으며, 또한 현재의 일사량이 적어서 발전 용량이 작은 것인지 모듈의 고장으로 발전 용량이 떨어진 것인지를 원격지에서 판단할 수 있다.
또한 기설비된 태양광 발전 시스템의 각 구성의 교체 없이 간단한 본 발명에 따른 고장진단 장치를 추가하여 효과적으로 태양광 발전 시스템의 태양광 전지 모듈에서 발생되는 문제를 모니터링할 수 있다.
도 1은 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성을 도시하며,
도 2는 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치의 제1 실시예에 대한 개략적인 구성도를 도시하며,
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전 모니터링 장치를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법의 개략적인 흐름도를 도시하며,
도 4는 상기 도 1에서의 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치의 실시예에 대한 개념도를 도시하며,
도 5는 상기 도 1의 본 발명에 따른 태양광 발전 모니터링 장치의 실시예를 통한 태양광 발전 시스템의 고장 발생을 판단하는 실시예를 도시하며,
도 6은 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치의 제2 실시예에 대한 개략적인 구성도를 도시하며,
도 7은 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치의 제3 실시예에 대한 개략적인 구성도를 도시하며,
도 8은 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치로부터 제공되는 태양광 발전 시스템의 상태 정보를 시현한 화면을 도시하며,
도 9는 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치로부터 제공되는 태양광 발전 시스템의 고장 판단 정보를 시현한 화면을 도시한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 복수개의 태양광 전지셀이 직렬로 연결되어 하나의 태양광 전지모듈을 형성하고, 복수개의 태양광 전지모듈이 직렬로 연결되어 태양전지 어레이를 형성하는 태양광 발전시스템에서 복수개의 태양광 전지모듈 중 고장이 발생되거나 발전효율이 떨어진 태양광 전지모듈을 판단할 수 있는 태양광 발전 모니터링 장치와 이를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장 진단 방법이다.
본 발명은 기존에 기설비된 태양광 발전 시스템에 간단한 구성을 추가하여 구현될 수 있으므로, 본 발명이 적용되는 태양광 발전 시스템은 상기 도 1의 태양광 발전 시스템을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치의 제1 실시예에 대한 개략적인 구성도를 도시한다.
도 2의 제1 실시예를 통해 본 발명에 따른 태양광 발전 모니터링 장치를 살펴보면, 상기 제1 실시예에서는 복수개의 태양광 전지셀로 형성된 태양광 전지모듈 10개(#1 ~ #10)가 직렬라인을 통해 직렬 연결되어 하나의 태양전지 어레이를 형성하고 상기 태양전지 어레이가 접속반(40)에 연결된 태양광 발전 시스템에 대한 모니터링 장치이다. 물론 태양광 발전 시스템에는 접속반(40)이외에 인버터, 변압기/배전반, 배전선 등의 구성이 배치되지만 이들 구성은 일반적인 구성으로서 본 발명의 주된 구성과의 연관성에 의거해 이에 대한 도면 상의 도시와 설명은 생략하기로 한다.
상기 도 2에 도시된 제1 실시예에서 직렬 연결된 10개의 태양광 전지 모듈들(#1 ~ #10) 중 첫번째 태양광 전지 모듈 #1의 음극 단자는 그라운드(Ground)(110)되며, 10개의 태양광 전지 모듈(#1 ~ #10)의 중간에 위치된 태양광 전지 모듈 #5의 양극 단자와 태양광 전지 모듈 #6의 음극 단자를 직렬 연결하는 직렬라인 상에 하나의 신호 라인(130)이 연결된다. 그리고 필요에 따라 추가적으로 마지막 태양광 전지 모듈 #10의 출력 단자에 다른 하나의 신호 라인(130)이 연결되는데, 마지막 태양광 전지 모듈 #10의 출력 단자는 접속반(40)으로 연결되므로 상기 다른 하나의 신호 라인(130)은 접속반(40)으로 연결될 수 있다.
신호라인(130)은 고장 감지부(100)에 연결되며, 고장 감지부(100)에서는 신호라인(10)의 전압을 검침하여 출력전압을 획득하고, 10개의 태양광 전지모듈(#1 ~ #10)의 직렬 연결 순서에 따라 순차적으로 각 태양광 전지모듈의 발전용량을 적산하여 산출한 후 산출된 발전용량과 신호라인(130)을 통해 검출된 출력전압을 대비하여 상기 태양광 전지모듈의 고장 여부를 판단하게 된다.
상기 도 2의 본 발명에 따른 제1 실시예 상에 도시되지는 않았으나, 고장 감지부(100)는 온도 센서와 일사량 센서를 포함할 수 있으며, 태양광 전지모듈(#1 ~ #10)에 대한 온도와 일사량을 기초로 태양광 전지모듈의 발전용량을 산출할 수 있다.
그리고 제어부(200)는, 고장 감지부(100)로부터 태양광 전지 모듈의 고장 여부, 상기 출력 전압, 상기 발전용량 등의 정보를 전송 받고, 이들 정보를 가공하여 관리자에게 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전 모니터링 장치를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법의 개략적인 흐름도를 도시한다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 고장 진단 방법을 간단히 살펴보면, 고장 감지부(100)가 온도 센서와 일사량 센서 등이 획득한 정보를 기반으로 각각의 태양광 전지 모듈이 생산할 수 있는 전력량을 예측하고, 신호라인(130)이 연결된 직렬라인의 전단까지의 복수개의 태양광 전지모듈에 대하여 직렬 연결 순서에 따라 순차적으로 각 태양광 전지모듈의 예측된 생산 전력량을 적산하여 발전 용량을 산출(S110)한다.
나아가서 일반적으로 모두 동일한 제품의 태양광 전지 모듈을 직렬 연결하여 하나의 태양전지 어레이를 형성하므로, 현재의 일사량에 따라 하나의 태양광 전지 모듈이 생산할 수 있는 전력량을 예측하고 신호라인(130)이 연결된 직렬라인 전단까지의 직렬 연결된 태양광 전지 모듈의 개수를 상기 예측된 전력량에 곱하여 발전 용량을 산출할 수도 있을 것이다.
또한 고장 감지부(100)는 신호라인(130)을 통해 전송되는 전압을 검출(S120)하는데, 여기서 검출된 전압이 출력전압이 된다.
상기 발전 용량이 산출되고 상기 출력 전압이 검출되면, 고장 감지부(100)는 이를 기초로 태양광 전지 모듈의 고장 여부를 판단(S140)하는데, 상기 발전 용량과 상기 출력 전압을 대비하여 기설정된 기준치를 초과하는 경우에 태양광 전지 모듈을 고장으로 판단하고 출력 전압이 0으로 검출되는 경우에도 태양광 전지 모듈을 고장으로 판단하게 된다. 이와 같은 고장 감지부(100)에서 태양광 전지 모듈의 고장 판단에 대한 세부적인 설명은 이하에서 실시예를 통해 자세히 살펴보기로 한다.
나아가서 상기의 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법에서 하나의 태양전지 어레이에 복수개의 신호라인이 배치된 경우에는 2개의 신호라인 사이에 위치된 복수개의 태양광 전지 모듈에 대하여 본 발명에 따른 고장 진단 방법의 과정을 수행하여 고장 여부를 판단할 수도 있으며, 또한 복수개의 신호라인에 대하여 순차적으로 본 발명에 따른 고장 진단 방법을 수행하여 고장 여부를 판단할 수도 있다.
한걸음 더 나아가서 복수개의 태양전지 어레이에 대해서는 각각의 태양전지 어레이에 대하여 본 발명에 따른 고장 진단 방법을 수행함으로써 개별적인 태양전지 어레이에 포함된 태양광 전지 모듈에 대한 고장 여부를 판단할 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예를 통해 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치와 이를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법에 대하여 같이 살펴보기로 한다.
도 4는 상기 도 1에서의 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치의 실시예에 대한 개념도를 도시한다.
10개의 태양광 전지 모듈이 직렬라인을 통해 직렬로 연결되며 첫번째 태양광 전지 모듈의 음극 단자는 그라운드(G)시키고, 5번째와 6번째 태양광 전지 모듈 사이의 직렬 라인에 신호라인이 연결되고, 마지막 10번째 태양광 전지 모듈의 출력 단자의 직렬 라인에 신호라인이 연결되어 있다.
정상적인 동작상태인 경우에, 현재의 일사량을 기초로 각각의 태양광 저지 모듈이 생산할 수 있는 전력량이 Va라면 10개의 태양광 전지 모듈이 생산하는 총 전력량은 10Va가 되며, 5번째와 6번째 태양광 전지 모듈 사이의 직렬 라인에 연결된 신호라인 전단까지의 5개의 태양광 전지 모듈이 생산하는 전력량은 5Va가 된다.
즉 10개의 태양광 전지 모듈의 중간에 위치된 신호라인 전단까지의 태양광 전지 모듈의 발전용량은 5Va가 되고, 10개의 태양광 전지 모듈의 끝단에 위치된 신호라인 전단까지의 태양광 전지 모듈의 발전용량은 10Va가 된다.
따라서 고장이 발생되지 않은 정상적인 경우에 신호라인을 통해 전송되는 전압 VX는 5Va이며 전압 VY는 10Va가 되어 고장 감지부(100)에서 검출되는 출력전압 VX와 VY를 각각 5Va와 10Va가 될 것이다.
도 5는 상기 도 1의 본 발명에 따른 태양광 발전 모니터링 장치의 실시예를 통한 태양광 발전 시스템의 고장 발생을 판단하는 실시예를 도시한다.
도 5의 a)는 태양광 전지 모듈 #3에서 문제가 발생한 경우로서, 만약 태양광 전지 모듈 #3이 완전히 고장난 경우에는 태양광 전지 모듈 #3 부분이 회로 상으로 쇼트(Short)된 경우가 되므로 고장 감지부(100)에서 출력전압 VX는 0으로 검출될 것이며, 고장 감지부(100)는 발전용량 5Va와 출력전압 0을 대비하여 고장 발생을 판단하고 고장이 발생된 위치가 태양광 전지 모듈 #1과 태양광 전지 모듈 #5 사이임을 판단할 수 있다.
도 5의 b)는 태양광 전지 모듈 #8에서 문제가 발생한 경우로서, 만약 태양광 전지 모듈 #8의 효율이 현격히 저하된 경우에는 고장 감지부(100)에서 출력전압 VX는 5Va로 검출되고 출력전압 VY는 10Va보다 낮은 수치로 검출될 것이다. 따라서 고장 감지부는 출력전압 VX와 발전용량 5Va를 대비하여 태양광 전지 모듈 #1과 태양광 전지 모듈 #5 사이는 정상적으로 작동되고 있다고 판단하지만, 출력전압 VY와 발전용량 10Va를 대비하여 그 차이가 그 설정된 기준치를 초과하면 태양광 전지 모듈 #6과 태양광 전지 모듈 #10 사이에는 문제가 발생한 태양광 전지 모듈이 존재한다고 판단하게 된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 태양광 발전 시스템의 다수의 태양광 전지 모듈 중 어느 하나에서 고장이 발생한 경우에 어느 모듈에서 고장이 발생했는지를 용이하게 파악할 수 있으며, 또한 현재의 일사량이 적어서 발전 용량이 작은 것인지 모듈의 고장으로 발전 용량이 떨어진 것인지를 원격지에서 판단할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치의 제2 실시예에 대한 개략적인 구성도를 도시한다.
상기 도 6에 도시된 본 발명에 따른 제2 실시예에서는 상기 도 2에 도시된 본 발명에 따른 제1 실시예와 같이 첫번째 태양광 전지 모듈의 음극 단자가 그라운드(110)되고 10번째 태양광 전지 모듈의 출력 단자에 신호라인(130c)이 연결되어 있다.
하지만 상기 도 6에 도시된 본 발명에 따른 제2 실시예에서는 상기 제1 실시예와 다르게 첫번째 태양광 전지 모듈부터 3개씩 이격된 태양광 전지 모듈이 연결된 직렬라인 각각 신호라인(130a, 130b)이 연결되어 있다.
즉, 3번째 태양광 전지 모듈 #3과 4번째 태양광 전지 모듈 #4 사이의 직렬라인에 제1 신호라인(130a)이 연결되고, 6번째 태양광 전지 모듈 #6과 7번째 태양광 전지 모듈 #7 사이의 직렬라인에 제2 신호라인(130b)이 연결되어 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 제2 실시예의 태양광 발전 모니터링 장치의 경우에는 각 신호라인(130a, 130b, 130c)을 통해 첫번째 태양광 전지 모듈 #1부터 3번째 태양광 전지 모듈 #3까지, 4번째 태양광 전지 모듈 #4부터 6번째 태양광 전지 모듈 #6까지 및 7번째 태양광 전지 모듈 #7부터 10번째 태양광 전지 모듈 #10까지를 각각 구분하여 고장 여부를 판단할 수 있으며, 이를 통해 고장이 발생한 태양광 전지 모듈을 좀 더 명확하게 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치의 제3 실시예에 대한 개략적인 구성도를 도시한다.
상기 도 7에 도시된 본 발명에 따른 제3 실시예에서는 10개씩 직렬 연결된 태양광 전지모듈이 하나의 태양전지 어레이를 형성하며, 이와 같은 태양전지 어레이가 복수개 설비된 태양광 발전 시스템에 본 발명이 적용되는 실시예이다.
복수개의 태양전지 어레이에 각각 대응되어 신호라인이 설치되고 각각의 신호라인은 고장 감지부(100)로 연결되어 고장 감지부(100)는 각각의 신호라인으로 전송되는 출력 전압과 발전 용량을 대비하여 각각의 태양전지 어레이에 대한 고장 여부를 판단할 수 있다.
나아가서 상기 도 7에 도시된 제3 실시예에서는 10개씩 직렬 연결된 태양광 전지 모듈 중 중간에 하나의 신호라인이 배치되어 있으나, 상기 도 6의 제2 실시예와 같이 3개씩 이격된 태양광 전지 모듈에 각각 신호라인이 배치될 수도 있으며, 더 나아가서 10개씩 직렬 연결된 태양광 전지 모듈 중 선택된 복수개의 태양광 전지 모듈에 연결된 직렬라인에 각각 신호라인이 연결될 수도 있다.
도 8은 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치로부터 제공되는 태양광 발전 시스템의 상태 정보를 시현한 화면을 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 발전 모니터링 장치는 온도 센서와 일사량 센서 등을 통해 현재 외부의 온도, 태양광 전지모듈의 온도 및 일사량 등의 정보를 제공하고 이들 정보에 기초하여 현재 태양광 전지모듈이 생산할 수 있는 발전용량과 실제 태양광 전지모듈에서 생산하고 있는 전력 생산량을 제공하며, 한 걸음 더 나아가서 각 태양광 전지모듈의 고장 여부에 대한 정보까지도 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 태양광 전지모듈별 고장 진단 가능한 태양광 발전 모니터링 장치로부터 제공되는 태양광 발전 시스템의 고장 판단 정보를 시현한 화면을 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같이 각 태양광 전지모듈에서 생산된 전력이 10개의 접속반으로 통합되는 상황을 제공하며, 각 접속반별로 생산 전력량을 제시하고 이상이 발생된 접속반 및 이에 연결된 태양광 전지모듈의 정보를 제공할 수 있다.
도 9에서는 접속반 3을 제외한 9개의 접속반에서 통합되는 생산 전력량에는 문제가 없고 접속반 3에서 통합되는 생산 전력량에 문제가 발생된 경우로서, 접속반 3에 대한 세부 정보가 우측에 제시되어 있는데, 접속반 3에 연결된 태양전지 어레이에 대한 정보로서 각 신호라인과 관련된 태양광 전지모듈들의 발전 용량을 제시하고 실제 태양광 전지모듈들에서 생산되어 출력되는 출력전압을 제시하고 있다.
즉, 도 9에서는 신호라인 1과 관련된 태양광 전지모듈 #1 내지 태양광 전지 모듈 #3까지는 정상적으로 작동되고 있으나, 신호라인 2와 관련된 태양광 전지모듈 #4 내지 태양광 전지모듈 #6에서 발생된 고장 정보를 제공하고 있으며, 이를 통해 관리자는 전체 태양광 발전 시스템을 일일이 점검할 필요 없이 본 발명에서 제공하는 고장정보를 통해 특정 태양광 전지모듈만을 선택하여 점검을 실시함으로써 시간적 비용적인 효과를 누릴 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 태양광 발전 시스템에서 복수개의 태양광 전지 모듈에 대한 개별적인 고장 진단이 가능한 태양광 발전 모니터링 시스템과 이를 이용한 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 20 : 태양전지 어레이,
10a, 10b, 10n, 20a, 20b, 20n : 태양광 전지모듈,
40, 40a, 40b, 40n : 접속반, 50 : 인버터,
100 : 고장 감시부, 110 : 그라운드,
130, 130a, 130b, 103c : 신호라인,
200 : 제어부.

Claims (12)

  1. 복수개의 태양광 전지모듈이 직렬라인으로 직렬 연결된 태양전지 어레이를 구비한 태양광 발전 장치를 포함하며,
    복수개의 태양광 전지모듈 중 첫번째 태양광 전지모듈의 음극 단자에 연결된 그라운드;
    상기 복수개의 태양광 전지모듈 중 선택된 2개의 태양광 전지모듈 사이의 직렬라인에 연결된 신호라인;
    상기 신호라인의 출력전압과 상기 태양광 전지모듈의 발전용량을 기초로 상기 복수개의 태양광 전지모듈 중 고장이 발생한 태양광 전지모듈을 판단하는 고장 감지부; 및
    상기 태양광 전지모듈의 작동 상태 정보 및 고장 여부 정보를 제공하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고장 감지부는,
    상기 복수개의 태양광 전지모듈의 직렬 연결 순서에 따라 순차적으로 각 태양광 전지모듈이 생산할 수 있는 전력량을 적산하여 발전용량을 산출하고, 산출된 발전용량과 상기 신호라인의 출력전압을 대비하여 그 차이가 기준치의 초과여부로 상기 태양광 전지모듈의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호라인은,
    상기 복수개의 태양광 전지모듈 중 중간에 위치된 2개의 태양광 전지모듈 사이의 상기 직렬라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호라인은,
    상기 복수개의 태양광 전지모듈 중 기설정된 개수씩 이격된 태양광 전지모듈의 상기 직렬라인에 각각 연결되어 복수개로 배치된 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 고장 감지부는,
    온도 센서와 일사량 센서를 포함하며,
    상기 태양광 전지모듈의 온도와 일사량을 기초로 상기 태양광 전지모듈의 발전용량을 산출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수개의 태양광 전지모듈이 직렬라인으로 직렬 연결된 태양전지 어레이가 복수개가 구비되며,
    복수개의 상기 태양전지 어레이에 각각 대응되어 상기 신호라인이 배치되고,
    상기 고장 감지부는 각각의 신호라인으로부터의 출력 전압과 발전용량을 기초로 각각의 태양광 어레이에 대하여 고장 여부를 판단하며,
    상기 제어부는, 복수개의 상기 고장 감지부의 고장 여부 판단 결과를 통합하여 제공하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모니터링 시스템.
  7. 복수개의 태양광 전지모듈이 직렬라인으로 직렬 연결된 태양전지 어레이가 구비된 태양광 발전 시스템의 고장을 판단하는 방법에 있어서,
    복수개의 태양광 전지모듈의 직렬 연결 순서에 따라 각각의 태양광 전지모듈이 생산할 수 있는 전력량을 순차적으로 적산하여 태양광 전지모듈의 발전용량을 산출하는 단계;
    상기 복수개의 태양광 전지모듈을 직렬 연결시키는 직렬라인에 연결된 신호라인을 통해 출력전압을 검출하는 단계; 및
    산출된 상기 발전용량과 상기 신호라인의 출력전압을 대비하여 상기 태양광 전지모듈의 고장 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 발전용량을 산출하는 단계는,
    온도 센서와 일사량 센서를 통해 획득된 상기 태양광 전지모듈의 온도와 태양의 일사량에 기초하여 상기 태양광 전지모듈이 생산할 수 있는 전력량을 산출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 발전용량을 산출하는 단계는,
    상기 신호라인이 연결된 직렬라인의 전단까지의 복수개의 상기 태양광 전지모듈이 생산할 수 있는 전력량을 적산하여 발전용량을 산출하는 것을 특징으로 하는 태양 광발전 시스템의 고장진단 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 고장 여부를 판단하는 단계는,
    상기 발전용량과 상기 출력전압을 대비하여 상기 발전용량과 상기 출력전압의 차이가 기설정된 범위를 초과하는 경우에 상기 신호라인이 연결된 직렬라인의 전단까지의 상기 태양광 전지모듈에 고장이 발생된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 발전용량, 상기 출력전압 및 고장이 발생 여부 정보를 관리자에게 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수개의 상기 태양전지 어레이 각각에 대하여,
    상기 발전용량을 산출하는 단계, 상기 출력전압을 검출하는 단계 및 상기 고장 여부를 판단하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 고장진단 방법.
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