KR20130060126A - 발전 장치 - Google Patents

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소니 주식회사
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Abstract

발전 장치는, 발전 모듈로부터 전압 정보 및 온도 정보를 수신하고, 수신된 상기 전압 정보 및 온도 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 발전 정보를 계산하도록 구성된 전력 계산부를 포함한다.

Description

발전 장치{POWER GENERATION APPARATUS}
본 발명은, 예를 들어 태양 전지 모듈 등의 발전 모듈을 이용하는 발전 장치에 관한 것이다.
최근에는, 재생 가능한 에너지를 이용하는 태양 전지, 풍력 발전기 등의 신에너지 시스템이 실용화되고 있다. 일례로서, 주택 지붕에 태양광 발전에 이용되는 태양 전지 모듈을 각각 포함하는 주택 발전 설비가 보급되고 있다. 태양 전지 모듈은 수십 개의 태양 전지를 포함한다. 보다 구체적으로는, 태양 전지 모듈은 태양 전지를 내부 배선을 통해 접속하여 태양 전지의 수광면이 강화 유리를 대향하도록 강화 유리 상에 배치하고, 태양 전지의 반대면을 수지로 덮는 구성으로 되어 있다. 하나 또는 복수의 태양 전지 모듈의 출력 전압을 파워 컨디셔너에 공급하고, 파워 컨디셔너로부터 교류 전력을 추출하여 전력 시스템에 송출한다. 상술한 구조를 갖는 장치를 태양광 발전 장치라고 부른다.
사용중인 태양광 발전 장치의 현재의 출력 전력은 가정의 사용자에게 표시되어 통지될 수 있다. 또한, 발전 장치의 발전 상태를 모니터함으로써 발전 장치의 이상 상태를 검출할 수 있다.
예를 들어 일본 특허출원 공개 공보 제2010-287608호에는, 태양 전지 모듈의 출력 전류와 온도를 계측하고, 계측된 온도에 따른 이상 전류값과 발전 전류값을 비교해서 태양 전지 모듈의 열화를 검출하는 방법이 기재되어 있다. 일본 특허출원 공개 공보 평9-102622호에는, 바이패스 다이오드를 전원으로 이용하는 전류 릴레이를 바이패스 다이오드와 직렬로 접속하여 전류 릴레이의 통전 상태가 일정 시간 이상 계속된 경우에, 태양 전지의 고장으로서 검출하는 기술이 기재되어 있다.
일본 특허출원 공개 공보 제2010-287608호에 개시된 방법에서는, 태양 전지 모듈의 발전 전류값을 측정하기 위해, 전류값을 측정하는데 이용되는 저항을 전류 경로에 배치한다. 이는 전력 손실의 증가를 야기한다. 또한, 발전 전류가 비교적 큰 값이므로, 전류 및 발열에 의해 부품의 고장률이 높아진다.
일본 특허출원 공개 공보 평9-102622호에 있어서도, 전류 릴레이를 전류 경로에 배치한다. 따라서, 전력 손실의 증가, 전류, 발열에 의한 부품의 고장률이 높아진다. 또한, 태양 전지 모듈이 발전을 수행할 수 있는지에 관한 정보만이 얻어지고, 전력 관리에 이용되지 않는다.
이들의 문제점을 해소할 수 있는 발전 장치의 제공을 목적으로 한다.
일 실시 형태에서, 발전 장치는 발전 모듈로부터 전압 정보 및 온도 정보를 수신하고, 수신된 전압 정보 및 온도 정보에 기초하여 발전 모듈의 발전 정보를 계산하도록 구성된 전력 계산부를 포함한다.
다른 실시 형태에서, 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법은 발전 모듈로부터 전압 정보 및 온도 정보를 수신하는 단계와, 수신된 전압 정보 및 온도 정보에 기초하여 발전 모듈의 발전 정보를 계산하는 단계와, 발전 정보에 기초하여 발전 모듈의 동작 상태를 판정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 발전 전류가 검출되지 않는다. 따라서, 전력 손실의 증가, 전류, 발열에 의한 부품의 고장률이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 발전 장치의 개략 블록도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 발전 장치의 개략 블록도.
도 3은 태양 전지의 등가 회로의 일례의 접속도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 발전 장치의 변형예의 개략 블록도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 발전 장치의 송신측의 구성을 도시하는 블록도.
도 6은 제1 실시 형태에 따른 송신측에 수행되는 처리를 설명하는 흐름도.
도 7은 제1 실시 형태에 따른 발전 장치의 수신측의 구성을 도시하는 블록도.
도 8은 제1 실시 형태에 따른 수신측에 수행되는 처리를 설명하는 흐름도.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 발전 장치의 송신측의 구성을 도시하는 블록도.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 발전 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도.
이하에 설명하는 실시 형태는 본 발명의 양호한 실시형태들이며, 기술적으로 바람직한 다양한 한정이 주어진다. 그러나, 본 발명의 범위는, 이하의 설명에서, 본 발명을 한정하는 기재가 없는 한, 이들 실시 형태에 한정되지 않는 것으로 한다.
<제1 실시 형태>
[발전 장치의 개요]
본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에서는, 태양 전지 모듈(M)과 송신기(Tx)가 접속된다. 태양 전지 모듈(M)의 전압, 온도의 정보가 송신기(Tx)에 공급되고, 통신로(COM)를 거쳐 수신기(Rx)에 송신된다.
수신기(Rx)에는, 수신된 온도의 정보 및 수신된 전압의 정보를 이용해서 태양 전지 또는 태양 전지 모듈의 모델(예를 들어 등가 회로)에 기초하여 전력이 계산된다. 또한, 수신기(Rx)에는, 표시부가 배치되어 있고, 표시부에 계산된 전력량의 표시가 가능하게 되어 있다. 또한, 수신기(Rx)에는, 전력량에 기초하여 발전 모듈(M)의 상태를 판정하는 판정부가 배치되어 있고, 판정부를 이용해서 발전 모듈(M)의 열화 및 고장을 판정하는 것이 가능하게 되어 있다.
통신로(COM)는 유선 또는 무선 중 어느 것이어도 된다. 통신 방식의 예로서는, 비동기 시리얼 통신용 송수신 회로(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:UART) 등의 통신 인터페이스를 이용하는 방법, Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi 또는 ANT+를 따르는 무선 통신을 이용하는 방법과, 태양 전지 모듈의 송전 경로를 이용하거나, 예를 들어 이더넷(등록 상표)을 따르는 다른 케이블을 이용한 유선 통신 방식을 이용해도 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 송신측에서는, 태양 전지 모듈(M)의 출력 전압(V)(발전 전압)을 측정하는 전압 측정기(1)와, 태양 전지 모듈(M)의 온도(T)를 측정하는 온도 측정기(2)를 갖는다. 측정된 전압(V) 및 측정된 온도(T)가 송신기(Tx)로부터 무선 또는 유선 통신 방식으로 송신된다. 송신측에서는, 전류를 측정하지 않는다. 따라서, 전류 검출용의 저항에 의한 전력 손실이 발생하지 않는다.
수신측에서는, 태양 전지 모듈의 측정된 전압(V) 및 측정된 온도(T)를 이용해서 태양 전지 모듈의 발전 전력을 계산한다. 이 경우, 도 3에 도시된 태양 전지 모듈의 모델(예를 들어 등가 회로)이 이용된다. 이하, 발전 전력의 계산 방법에 대해 설명한다.
[발전 전력의 산출]
전압(V)과 온도(T)로부터 전력을 산출하기 위해서, 예를 들어 태양 전지 모듈을 사전에 모델화해 둔다. 도 3은 태양 전지 모듈을 등가 회로의 형식으로 모델화한 예를 나타낸 다이어그램이다. 등가 회로에서 전류원과 다이오드와 저항이 병렬 접속되고, 병렬 접속에 다른 저항이 직렬 접속되어 있다. 도 3을 참조하면, 전류원이 기전력에 대응하고, Iph가 전류원 성분이다. 태양 전지 모듈의 기판, 수광층, 전극부의 저항의 총합이 직렬 저항 성분(Rs)으로 나타내어져 있다. 태양 전지 모듈의 손실 저항이 병렬 저항 성분(Rsh)으로 나타내져 있다.
전류원 성분(Iph), 직렬 저항 성분(Rs), 병렬 저항 성분(Rsh) 및 다이오드의 특성을 미리 구해 둔다. 다이오드의 특성은 쇼클리의 다이오드 방정식(수학식(1))을 이용해서 모델화할 수 있다.
Figure pat00001
수학식(1)에서, Io는 역방향 포화 전류(A)를 나타내고, n은 이상 다이오드 인자를 나타내고, q는 전기 소량(elementary charge)(1.60217733x10^(-19)(C))을 나타내고, k는 볼츠만 상수(1.3806504x10^(-23)(JK-1))를 나타내고,　T는 온도(K)를 나타낸다.
도 3에 나타낸 등가 회로에 키르히호프의 법칙을 이용함으로써 이하의 수학식(2)가 얻어진다.
Figure pat00002
수학식(1)과 수학식(2)로부터 이하의 수학식(3)이 얻어진다.
Figure pat00003
미지 변수(unknown variable) Io, n, Rs, Rsh는 환경에 관계없이 일정하다. 따라서, I, V, T 세트의 실측 데이터를 미지수의 개수 이상의 개수로 준비하고, 연립방정식을 푸는 것으로 미지 변수를 구할 수 있다. Iph는 조도 의존 변수이다. 예를 들어 변수 Iph가 조도에 선형으로 비례한다고 가정한다. I, V, T, 조도 세트의 실측 데이터를 미지수의 개수 이상의 개수로 준비함으로써 연립방정식을 풀 수 있다.
따라서, 상술한 방정식의 I, V, T 이외의 미지수를 구할 수 있다. 따라서, V와 T와 Iph(또는 조도)가 얻어지면 I를 구할 수 있고, 발전 전력(전압(V)×전류(I)=발전 전력)을 구하는 것이 가능해진다.
Iph 또는 조도를 구하기 위해서, 예를 들어 도 4에 나타낸 방법을 고려할 수 있다. 이 방법에서는, 조도 측정기(3)를 배치하고, 조도에 거의 비례하는 변수인 태양 전지 모듈의 단자가 단락되었을 때의 단락 전류나, 태양 전지 모듈의 단자를 개방했을 때의 개방 전압을 측정한다. 그러나, 이 방법에서는 조도를 측정하기 위한 장치가 배치되어야 한다.
한편, 태양 전지의 파워 컨디셔너에는 MPP(Maximum Power Point) 기능(최대 동작점 제어 기능)이 달려 있는 것이 많이 보급되고 있고, MPP는, 태양 전지의 전류 전압 특성에 있어서, 전력이 최대가 되는 최대 동작점을 얻기 위한 제어 처리를 수행한다. 파워 컨디셔너에 MPP 기능이 달려 있는 것으로 하면, T와 V를 알면 Iph를 구할 수 있다. 따라서, 결과적으로 I를 구할 수 있다. 예를 들어, 이하와 같이 설명할 수 있다.
일반적으로, 태양 전지의 최대 동작점 전압(Vpm)은, 비교적 조도가 높은 환경에서는 개방 전압(Voc)에 거의 선형으로 비례한다. 예를 들어 결정 실리콘형 태양 전지의 경우, Vpm은 Voc의 약 80%이다. 이 점을 염두에 두고, 수학식(3)에서 I=0라고 설정하고 Voc를 이용해서 구해진 수학식은 이하와 같이 나타낸다.
Figure pat00004
상기의 수학식(4)를 계수 c=Vpm/Voc(예를 들어, 0.8)를 이용해서 변형하면, 이하와 같이 Iph가 구해진다.
Figure pat00005
수학식(3)과 수학식(5)로부터, Vpm과 T로부터 Ipm을 도출하기 위한 수학식(6)을 얻을 수 있다.
Figure pat00006
수학식(6)에서, Ipm 이외의 변수는 상술한 바와 같이 사전에 산출될 수도 있고, 또는 송신기로부터 데이터를 이용해서 얻을 수 있다. 따라서 수학식(6)에서 미지의 변수는 Ipm 단 하나이며, 예를 들어 뉴턴법으로 Ipm을 구할 수 있다. 따라서, 지수를 테일러 전개한 후에 다항식의 방정식을 푸는 것에 의해서도 Ipm을 구할 수 있다.
[송신측의 구성의 일례]
도 5를 참조해서 송신측의 구성의 일례에 대해 설명한다. 일례로서, 두개의 태양 전지 모듈(M1, M2)이 직렬 접속되어 있다. 태양 전지 모듈(M1, M2)의 직렬 접속으로부터 출력 전압이 파워 컨디셔너(PW)에 공급된다. 파워 컨디셔너(PW)는 발전된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여, 상용 전원 시스템에 발전 전력을 공급하기 위해 이용된다. 파워 컨디셔너(PW)는 MPP 기능(최대 동작점 제어 기능)을 갖고, MPP는, 태양 전지의 전류 전압 특성에 있어서, 전력이 최대가 되는 최대 동작점을 얻기 위해 제어 처리를 수행한다.
태양 전지 모듈(M1, M2)의 각각에 전압 및 온도 측정부(101, 102)가 접속되어 있다. 전압 및 온도 측정부(101, 102)는 동일한 구성을 가지므로, 도 5에는 전압 및 온도 측정부(101)의 구성만이 상세하게 도시되어 있다.
태양 전지 모듈(M1)의 출력 전압이 레귤레이터(11)에 공급되고, 저항(12, 13)에 의해 분압된다. 레귤레이터(11)는 태양 전지 모듈(M1)의 출력을 안정화해서 직류 전압(+Vcc1)을 출력한다. 태양 전지 모듈(M1)의 출력 전압이 레귤레이터(11)의 정격 전압보다 높을 경우에는, 태양 전지 모듈(M1)의 출력 전압을 분압하고나서 레귤레이터(11)에 공급하도록 이루어진다.
저항(12, 13)의 접속점의 전압이 과전압 보호 회로(도 5에서는 OVP로 나타냄)(14)에 입력된다. 과전압 보호 회로(14)는, 저항(12, 13) 간의 접속점의 전압이 다음 단의 A/D 컨버터(도 5에서는 ADC로 나타냄)(15)의 입력 정격 전압 이상이 되는 것을 방지하기 위한 제어 처리를 수행한다. A/D 컨버터(15)로부터 전압 데이터(V1)가 얻어진다.
레귤레이터(11)의 출력 전압이 저항(16) 및 서미스터(17)의 직렬 접속으로 공급된다. 서미스터(17)는, 예를 들어 부온도 계수 서미스터(negative temperature coefficient thermistor)이며, 태양 전지 모듈(M1)의 온도와 대응하는 저항값을 갖는다. 온도 검출 소자는 태양 전지 모듈의 표면 온도를 측정할 수 있도록 배치하는 것이 바람직하다. 온도 검출 소자로서는 서미스터 이외의 소자를 이용해도 된다. 복수의 온도 검출 소자를 태양 전지 모듈(M1)의 상이한 위치에 배치하고, 이러한 온도 검출 소자의 출력을 이용해서 보다 정확한 온도 검출을 행하도록 해도 된다. 저항(16) 및 서미스터(17)의 접속점의 전압이 A/D 컨버터(18)에 공급된다. A/D 컨버터(18)로부터 온도 데이터(T1)가 얻어진다. 또한, 레귤레이터(11)는 A/D 컨버터(15, 18)의 전원으로서 기능하고, 레귤레이터(11)의 출력 전압(+Vcc1)이 A/D 컨버터(15, 18)에 공급된다.
또한, 식별자(ID) 기억부(19)가 배치되어 있고, ID 기억부(19)로부터 태양 전지 모듈(M1)의 ID(ID1)가 출력된다. 태양 전지 모듈(M1)에 관한 전압 데이터(V1), 온도 데이터(T1) 및 ID(ID1)이 멀티플렉서(20)에 공급된다.
전압 및 온도 측정부(101)와 마찬가지로, 태양 전지 모듈(M2)에 관한 전압 및 온도 측정부(102)가 전압 데이터(V2), 온도 데이터(T2), ID(ID2) 및 전압(+Vcc2)을 출력한다. 이러한 데이터가 멀티플렉서(20)에 공급된다. 멀티플렉서(20) 및 송신기(Tx)의 전원 전압(+Vcc)은 +Vcc1 및 +Vcc2 중 한쪽으로부터 얻어진다.
멀티플렉서(20)는, 태양 전지 모듈(M1, M2)에 관한 데이터를 다중화(예를 들어 시분할 다중화)하여 다중화 데이터를 송신기(Tx)에 공급한다. 송신기(Tx)는 무선 송신기이며, 안테나를 갖는다. 전압 및 온도의 측정은 소정의 주기로 이루어진다.
멀티플렉서가 배치되어 있기 때문에, 복수의 태양 전지 모듈에 관한 데이터는 하나의 송신기로부터 송신된다. 그러나, 각각의 태양 전지 모듈마다 송신기를 배치하도록 해도 된다. 태양 전지 모듈 간의 위치가 이격되어 있는 경우에는, 배선을 간단하게 하기 위해서 각각의 태양 전지 모듈마다 송신기를 배치하는 편이 바람직하다.
도 5에서는 생략되어 있지만, 발전 장치를 포함하는 송신측을 제어하는 제어부가 배치되어 있다. 제어부는, 예를 들어 마이크로컴퓨터이고, 프로그램을 실행함으로써 송신측의 각 부를 제어한다.
[송신측의 처리]
송신측, 예를 들어 태양 전지 모듈(M1)에 대해서, 제어부의 제어 하에서, 도 6에 나타내는 처리가 행해진다. 스텝ST1에서, 전압 및 온도 측정부(101)에 의해 태양 전지 모듈(M1)의 전압과 온도가 측정된다.
스텝ST2에서, 측정 결과인 전압 데이터 및 온도 데이터가 ID(ID1)과 함께 멀티플렉서(20)에 공급된다. 스텝ST3에서, 이러한 데이터와 ID(ID1)는 다른 모듈(태양 전지 모듈(M2))의 전압 데이터, 온도 데이터 및 ID2와 다중화되고, 송신기(Tx)로부터 송신된다. 따라서, 측정된 전압 및 온도 데이터가 ID와 함께 수신기(Rx)에 송신된다.
[수신기의 구성의 일례]
도 7을 참조해서 수신기의 구성의 일례에 대해 설명한다. 수신기(Rx)가 송신기(Tx)로부터의 신호를 수신하여 수신 신호에 대해 수신 처리를 행하고, 처리 후의 데이터를 디멀티플렉서(30)에 공급한다. 디멀티플렉서(30)는 다중화되어 있는 데이터를 역다중화하여 ID와 측정 데이터를 출력한다.
디멀티플렉서(30)로부터 출력되는 ID(ID1)가 전력 계산 및 상태 판정부(311)의 인증부(32)에 공급된다. 인증부(32)는 수신된 ID를 미리 등록되어 있는 ID(ID1)와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 인증을 행한다. 그때, 상호 인증 등의 보다 복잡한 인증 방식을 이용해도 된다.
디멀티플렉서(30)로부터의 전압 데이터(V1) 및 온도 데이터(T1)가 전력 계산부(33)에 공급된다. 전력 계산부(33)는, 상술한 태양 전지 모듈의 등가 회로의 모델로부터 얻어진 수학식(1) 내지 수학식(6)을 이용해서, 태양 전지 모듈(M1)이 발전하는 전류(Iph)를 계산하고, 구해진 전류와 전압 데이터로부터 태양 전지 모듈(M1)이 발전하는 전력에 관한 전력 정보(P1)를 얻는다.
전력 계산부(33)에 의해 구해진 전력 정보(P1)가 상태 판정부(34)에 공급된다. 상태 판정부(34)는 전력 정보(P1)에 기초하여 태양 전지 모듈(M1)이 양호한 상태인지를 판정한다. 상태 판정부(34)는 발전 모듈(M1)의 고장 및 열화를 판정하고, 판정 신호(St1)(예를 들어 수비트의 디지털 데이터)를 출력한다.
상태 판정부(34)가 전력 정보에 기초하여 발전 상태를 판정하기 위해서, 이하의 방법 중 하나의 방법 또는 조합을 이용해도 된다.
1. 발전 전력이 소정값 이하인 상태가 소정 시간 동안 계속될 경우, 발전 이상 상태라고 판정하는 방법.
2. 발전 전력이 근방 모듈보다 소정값 만큼 낮은 경우, 발전 이상 상태라고 판정하는 방법.
3. 소정 시간의 총 발전 전력이 과거의 총 발전 전력보다 소정값 만큼 낮을 경우, 발전 이상 상태라고 판정하는 방법.
전력 계산 및 상태 판정부(311)로부터 출력되는 전력 정보(P1) 및 판정 신호(St1)가 표시부(40)에 공급된다. 표시부(40)는, 표시 소자, 예를 들어 LCD(Liquid Crystal Display)와 표시 제어부 등으로 이루어진다.
디멀티플렉서(30)로부터 출력되는 ID(ID2), 전압 데이터(V2) 및 온도 데이터(T2)가 전력 계산 및 상태 판정부(312)에 공급된다. 전력 계산 및 상태 판정부(312)는, 전력 계산 및 상태 판정부(311)와 마찬가지의 구성을 갖고, 전력 정보(P2) 및 판정 신호(St2)를 출력한다. 전력 정보(P2) 및 판정 신호(St2)가 표시부(40)에 공급된다.
표시부(40)는, 각각의 태양 전지 모듈마다의 발전 전력과, 각각의 태양 전지 모듈마다의 정보 판정 결과를 표시한다. 또한, 표시부(40)는 모든 태양 전지 모듈의 발전 전력의 합계를 표시해도 된다. 사용자는 표시부(40)를 보고 현재의 각각의 태양 전지 모듈의 발전 상태를 알 수 있다. 전력량 및 상태를 표시하는 것은 반드시 필요하지 않고, 표시 처리 이외의 처리 및 제어 처리에 이용하도록 해도 된다. 예를 들어 출력되는 전력 정보를 이용하여 태양의 방향에 각각의 태양 전지 모듈의 패널이 향하도록 자동 추종의 제어를 행하도록 해도 된다.
도 7에서는 생략되어 있지만, 수신측을 제어하는 제어부가 배치되어 있다. 제어부는, 예를 들어 마이크로컴퓨터이고, 프로그램을 실행함으로써 송신측의 각 부를 제어한다. 각각의 전력 계산 및 상태 판정부의 기능은 MPU(Micro Processing Unit) 또는 DSP(Digital Signal Processor)에 의한 소프트웨어 처리에 의해 실행될 수 있다.
[수신측의 처리]
수신측에 대하여는, 제어부의 제어 하에서, 도 8에 나타내는 처리가 이루어진다. 스텝ST11에서, 수신기(Rx)가 데이터를 수신하고, 수신 데이터를 디멀티플렉서(30)에 출력한다. 스텝ST12에서, 디멀티플렉서(30)는 데이터를 역다중화한다.
스텝ST13에서, 데이터로부터 역다중화된 ID(ID1)를 이용해서 태양 전지 모듈이 식별된다. 스텝ST14에서, 식별된 태양 전지 모듈이 관리 대상의 태양 전지 모듈인지가 판정된다. 식별된 태양 전지 모듈이 관리 대상의 태양 전지 모듈이 아니라고 판정된 경우에는 처리가 종료된다. 한편, 스텝ST14에서 관리 대상의 모듈이라고 판정되면, 스텝ST15에서 상술한 등가 회로의 모델을 이용해서 전력의 계산이 이루어진다.
스텝ST16에서, 각각의 태양 전지 모듈마다의 전력 정보가 표시부(40)에 의해 표시된다. 동시에, 스텝ST17에서, 계산된 전력 정보를 이용해서 상술한 상태 판정이 이루어진다. 예를 들어 발전 전력이 거의 없는 경우에는, 당해 태양 전지 모듈이 고장이라고 판정된다. 또한, 발전 전력이 소정의 값 이하인 경우, 발전 전력이 열화의 정도로 환산되어 열화의 정도가 표시된다. 처리가 종료된다.
스텝ST13 내지 스텝ST18과 유사한 처리(도 8에서 스텝ST20으로 나타냄)가 다른 태양 전지 모듈(예를 들어 태양 전지 모듈(M2))에 대해서도 행해진다.
<제2 실시 형태>
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 송신측의 구성을 도시한다. 도 9에서, 도 5를 참조하여 이미 설명한 부분에는 동일한 참조 번호를 부여한다. 제2 실시 형태에서는, 송신 측에, 전력 계산부가 태양 전지 모듈마다 배치되어 있다. 예를 들어, 태양 전지 모듈(M1)에 대한 송신측에 전력 계산부(251)가 배치되고, 제1 실시 형태와 마찬가지의 계산에 의해 태양 전지 모듈(M1)의 전력 정보(P1)가 얻어진다.
전력 계산부(251)로부터 출력된 전력 정보(P1)와 ID(ID1)가 멀티플렉서(20)에 공급된다. 태양 전지 모듈(M2)에 대해서도 전력 계산부(252)가 배치되어 있다. 전력 계산부(252)로부터 출력된 전력 정보(P2)와 ID(ID2)가 멀티플렉서(20)에 공급된다. 멀티플렉서(20)는, 전력 정보(P1 및 P2)와 ID(ID1 및 ID2)를 다중화해서 다중화된 데이터를 송신기(Tx)에 공급한다. 송신기(Tx)는 다중화된 데이터를 송신한다.
수신측은 도시를 생략하지만, 전력 정보 자체를 수신할 수 있으므로, 전력 계산부를 포함하지 않는다. 이점을 제외하고는, 수신측은 도 7에 도시된 바와 동일한 구성을 갖는다.
<제3 실시 형태>
제1 실시 형태에서는, 전력 계산부는 수신측에 배치된다. 제2 실시 형태에서는, 전력 계산부가 송신측에 배치된다. 본 발명의 제3 실시 형태에서는, 도 10에 도시한 바와 같이, 송신측 및 수신측 이외의 위치에 전력 계산부가 배치된다.
도 10은 제3 실시 형태에 따른 개략 구성을 도시하는 도면이다. 태양 전지 모듈(M)의 전압 및 온도가 전압 측정기(1) 및 온도 측정기(2)에 의해 각각 측정된다. 송신기(Tx)는 이들 데이터를 송신한다.
송수신기(TRx1)는, 수신한 데이터를 다른 장소(예를 들어, 서버 또는 클라우드 컴퓨터)에 배치된 송수신기(TRx2)에 송신한다. 송수신기(TRx2)는 수신한 전압 데이터 및 수신한 온도 데이터를 전력 계산부(26)에 공급한다. 전력 계산부(26)는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 계산에 의해 태양 전지 모듈(M)의 전력 정보(P)를 얻는다. 얻어진 전력 정보(P)가 송수신기(TRx2)에 공급되고, 송수신기(TRx2)로부터 송신된다.
송수신기(TRx1)는 송수신기(TRx2)로부터 전력 정보(P)를 수신하고, 수신된 전력 정보(P)를 표시부(40)에 표시한다. 또한, 전력 정보(P)가 상태 판정부(34)에 공급된다. 태양 전지 모듈(M)의 고장 및 열화가 판정되고, 판정 결과가 표시부(40)에 공급된다.
[실시 형태의 효과]
상술한 실시 형태에 따르면, 하기와 같은 효과가 얻어진다. 태양 전지 모듈마다의 전력 관리를 행할 수 있으므로, 고장 및 그림자의 발생, 그리고 방위마다의 발전량의 판정이 용이해진다. 고장의 원인이 되는 각 태양 전지 모듈의 특성이 판정될 수 있으므로, 태양광 발전 시스템의 보수가 용이해진다. 적은 수의 부품을 포함하는 소형이고 염가의 장치가 각각의 태양 전지 모듈에 부착될 수 있다. 각각의 태양 전지 모듈의 송전 경로 상에 부품이 배치되지 않으므로, 장치가 좀처럼 문제를 발생시키지 않는다.
본 발명의 실시형태는 이하와 같이 구성될 수 있다.
(1) 발전 모듈로부터 전압 정보 및 온도 정보를 수신하고, 수신된 상기 전압 정보 및 온도 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 발전 정보를 계산하도록 구성된 전력 계산부를 포함하는, 발전 장치.
(2) 상기 발전 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 동작 상태를 판정하도록 구성된 상태 판정부를 더 포함하는, (1)에 따른 발전 장치.
(3) 상기 상태 판정부는 상기 발전 모듈의 열화 상태 또는 고장 상태를 검출하도록 구성된, (2)에 따른 발전 장치.
(4) 상기 발전 정보를 출력하도록 구성된 출력부를 더 포함하는, (1)에 따른 발전 장치.
(5) 상기 출력부는 상기 발전 정보를 표시하도록 구성된 표시부인, (4)에 따른 발전 장치.
(6) 상기 전압 정보 및 온도 정보를 송신하도록 구성된 송신기와, 상기 송신기에 통신가능하게 연결되고, 상기 송신기에 의해 송신된 상기 전압 정보 및 온도 정보를 수신하도록 구성된 수신기를 더 포함하는, (1)에 따른 발전 장치.
(7) 상기 수신기와 상기 송신기 사이의 통신로는 무선 접속인, (6)에 따른 발전 장치.
(8) 상기 발전 모듈로부터 상기 전압 정보 및 온도 정보를 측정하도록 구성되고, 또한 상기 전압 정보 및 온도 정보를 상기 송신기에 전달하도록 구성된 전압 및 온도 측정부를 더 포함하는, (6)에 따른 발전 장치.
(9) 상기 전압 및 온도 측정부는, 상기 발전 모듈로부터의 출력 전압을 안정화하도록 구성된 레귤레이터와, 상기 레귤레이터에 연결되고, 상기 발전 모듈로부터의 상기 출력 전압이 상기 레귤레이터의 정격 전압보다 높은 경우에, 상기 발전 모듈로부터의 상기 출력 전압을 분압하도록 구성된 제1 및 제2 저항을 포함하는, (8)에 따른 발전 장치.
(10) 직렬로 접속된 복수의 발전 모듈에 대응하는 복수의 전압 및 온도 측정부와, 상기 복수의 전압 및 온도 측정부로부터 출력된 상기 전압 정보 및 온도 정보를 결합하도록 구성된 멀티플렉서를 더 포함하는, (8)에 따른 발전 장치.
(11) 상기 멀티플렉서에 상기 각 발전 모듈의 식별 정보를 공급하도록 구성된 식별자 기억부를 더 포함하고, 상기 멀티플렉서는 상기 각 발전 모듈의 식별 정보, 상기 전압 정보 및 상기 온도 정보를 결합하도록 구성된, (10)에 따른 발전 장치.
(12) 상기 수신기에 연결된 디멀티플렉서를 더 포함하고, 상기 디멀티플렉서는 상기 멀티플렉서로부터 수신된 데이터를 역다중화하고, 상기 각 발전 모듈의 상기 식별 정보, 상기 전압 정보 및 상기 온도 정보를 출력하도록 구성된, (11)에 따른 발전 장치.
(13) 상기 전력 계산부는, 수신된 식별 정보에 기초하여 상기 각 발전 모듈의 인증을 행하도록 구성된 인증부를 더 포함하는, (12)에 따른 발전 장치.
(14) 발전된 DC 전압을 AC 전압으로 변환하고 발전된 상기 전압을 외부 전원 시스템에 공급하도록 구성된 파워 컨디셔너에, 상기 복수의 발전 모듈의 직렬 접속으로부터의 출력 전압이 공급되는, (10)에 따른 발전 장치.
(15) (a) 해당 발전 모듈의 발전 전력이 소정값 이하이고 소정 기간 계속될 경우, 발전 이상 상태가 발생했다고 판정하는 단계; (b) 해당 발전 모듈의 발전 전력이 인접 발전 모듈보다 소정값 만큼 낮을 경우, 발전 이상 상태가 발생했다고 판정하는 단계; (c) 소정 기간에 있어서의 총 발전 전력이 과거의 총 발전 전력보다 소정값 만큼 낮을 경우, 발전 이상 상태가 발생했다고 판정하는 단계 중 적어도 하나를 행하여 발전 모듈의 동작 상태를 판정하도록 구성된 상태 판정부를 더 포함하는, (10)에 따른 발전 장치.
(16) 송신기와, 상기 송신기에 통신가능하게 연결된 수신기와, 상기 수신기에 의해 수신된 상기 발전 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 동작 상태를 판정하도록 구성된 상태 판정부를 더 포함하는, (1)에 따른 발전 장치.
(17) 상기 전력 계산부는 상기 발전 장치의 송신측에 위치되고, 상기 상태 판정부는 상기 발전 장치의 수신측에 위치된, (16)에 따른 발전 장치.
(18) 상기 전력 계산부와 상기 상태 판정부는 상기 발전 장치의 수신측에 위치된, (16)에 따른 발전 장치.
(19) 상기 상태 판정부는 상기 발전 장치의 수신측에 위치되고, 상기 전력 계산부는 상기 발전 장치의 상기 수신측 및 송신측 외부의 위치에 위치된, (16)에 따른 발전 장치.
본 발명의 다른 실시형태는 이하와 같이 구성될 수 있다.
(20) 발전 모듈로부터 전압 정보 및 온도 정보를 수신하고, 수신된 상기 전압 정보 및 온도 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 발전 정보를 계산하는 단계와, 상기 발전 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 동작 상태를 판정하는 단계를 포함하는, 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(21) 상기 발전 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 동작 상태를 판정하는 단계를 더 포함하는, (20)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(22) 상기 발전 모듈의 동작 상태가 열화 상태 또는 고장 상태인지를 판정하는 단계를 더 포함하는, (21)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(23) 상기 발전 정보를 출력하는 단계를 더 포함하는, (20)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(24) 상기 발전 정보를 출력하는 단계는, 상기 발전 정보를 표시 장치에 표시하는 것을 포함하는, (23)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(25) 송신기에 의해 상기 전압 정보 및 온도 정보를 송신하고, 송신된 상기 전압 정보 및 온도 정보를 수신기에 의해 수신하는 단계를 더 포함하는, (20)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(26) 상기 수신기와 상기 송신기 사이의 통신로는 무선 접속인, (25)에 따른 발전 장치.
(27) 전압 및 온도 측정부에 의해 상기 발전 모듈로부터 상기 전압 정보 및 온도 정보를 측정하고, 상기 전압 정보 및 온도 정보를 상기 송신기에 전달하는 단계를 더 포함하는, (25)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(28) 상기 전압 및 온도 측정부는, 상기 발전 모듈로부터의 출력 전압을 안정화하도록 구성된 레귤레이터와, 상기 레귤레이터에 연결되고, 상기 발전 모듈로부터의 상기 출력 전압이 상기 레귤레이터의 정격 전압보다 높은 경우에, 상기 발전 모듈로부터의 상기 출력 전압을 분압하도록 구성된 제1 및 제2 저항을 포함하는, (27)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(29) 상기 발전 장치는, 직렬로 접속된 복수의 발전 모듈에 대응하는 복수의 전압 및 온도 측정부를 더 포함하고, 멀티플렉서에 의해, 상기 복수의 전압 및 온도 측정부로부터 출력된 상기 전압 정보 및 온도 정보를 결합하는 단계를 더 포함하는, (27)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(30) 상기 발전 장치는, 상기 멀티플렉서에 상기 각 발전 모듈의 식별 정보를 공급하도록 구성된 식별자 기억부를 더 포함하고, 상기 멀티플렉서에 의해, 상기 각 발전 모듈의 식별 정보, 상기 전압 정보 및 상기 온도 정보를 결합하는 단계를 더 포함하는, (29)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(31) 상기 발전 장치는 상기 수신기에 연결된 디멀티플렉서를 더 포함하고, 상기 멀티플렉서로부터 수신된 데이터를 역다중화하고 상기 각 발전 모듈의 상기 식별 정보, 상기 전압 정보 및 상기 온도 정보를 출력하는 단계를 더 포함하는, (30)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(32) 수신된 식별 정보에 기초하여 상기 각 발전 모듈의 인증을 행하는 단계를 더 포함하는, (31)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(33) 생성된 DC 전압을 AC 전압으로 변환하고 발전 전력을 외부 전원 시스템에 공급하도록 구성된 파워 컨디셔너에, 상기 복수의 발전 모듈의 직렬 접속으로부터의 출력 전압을 공급하는 단계를 더 포함하는, (29)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(34) 이하의 단계 중 적어도 하나를 행하여 발전 모듈의 동작 상태를 판정하는 단계를 더 포함하는, (29)에 따른 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
(a) 해당 발전 모듈의 발전 전력이 소정값 이하이고 소정 기간 계속될 경우, 발전 이상 상태가 발생했다고 판정하는 단계;
(b) 해당 발전 모듈의 발전 전력이 인접 발전 모듈보다 소정값 만큼 낮을 경우, 발전 이상 상태가 발생했다고 판정하는 단계;
(c) 소정 기간에 있어서의 총 발전 전력이 과거의 총 발전 전력보다 소정값 만큼 낮을 경우, 발전 이상 상태가 발생했다고 판정하는 단계.
본 발명의 다른 실시형태는 이하와 같이 구성될 수 있다.
(1) 적어도 하나의 발전 모듈의 출력 전압 및 온도를 측정하도록 구성된 측정부와, 상기 측정부에 의해 측정된 상기 출력 전압 및 온도에 관한 정보에 기초하여 전력을 계산하도록 구성된 전력 계산부와, 상기 전력 계산부에 의해 계산된 전력에 관한 정보를 출력하도록 구성된 출력부를 포함하고, 상기 전력 계산부는 상기 발전 모듈의 등가 회로 모델을 이용해서, 상기 출력 전압 및 상기 온도에 관한 정보에 기초하여 상기 전력을 계산하는, 발전 장치.
(2) 상기 출력부는 상기 전력 계산부에 의해 계산된 전력에 관한 정보를 표시하도록 구성된 표시부인, (1)에 따른 발전 장치.
(3) 상기 전력 계산부에 의해 계산된 상기 전력에 관한 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 상태를 판정하도록 구성된 상태 판정부를 더 포함하는, (1) 또는 (2)에 따른 발전 장치.
(4) 상기 발전 모듈에 조사되는 광의 조도를 측정하고, 측정된 상기 조도에 관한 정보를 상기 전력 계산부에 공급하도록 구성된 조도 측정부를 더 포함하는, (1), (2) 및 (3) 중 어느 하나에 따른 발전 장치.
(5) 송신기가, 상기 측정부에 의해 측정된 상기 출력 전압 및 상기 온도에 관한 정보를 송신하고, 수신기가 상기 출력 전압 및 상기 온도에 관한 정보를 수신하고, 수신한 상기 출력 전압 및 상기 온도에 관한 상기 정보를 상기 전력 계산부에 공급하고, 상기 전력 계산부는 상기 전력에 관한 정보를 상기 출력부에 출력하는, (1), (2), (3) 및 (4) 중 어느 하나에 따른 발전 장치.
(6) 송신기가, 상기 측정부에 의해 측정된 상기 출력 전압 및 상기 온도에 관한 정보를 송신하고, 수신기가 상기 출력 전압 및 상기 온도에 관한 상기 정보를 수신하고, 상기 수신기 외부에 배치되어 있는 상기 전력 계산부에 수신한 상기 출력 전압 및 상기 온도에 관한 상기 정보를 송신하고, 상기 전력 계산부로부터의 상기 전력에 관한 정보를 수신하고 수신한 상기 전력에 관한 정보를 출력부에 출력하는, (1), (2), (3) 및 (4) 중 어느 하나에 따른 발전 장치.
(7) 상기 측정부에 의해 측정된 상기 출력 전압 및 상기 온도에 관한 정보가 상기 전력 계산부에 공급되고, 상기 전력 계산부에 의해 계산된 상기 전력에 관한 정보가 송신기로부터 송신되고, 수신기가 상기 전력에 관한 정보를 수신해서 수신한 상기 전력에 관한 정보를 상기 출력부에 출력하는, (1), (2), (3) 및 (4) 중 어느 하나에 따른 발전 장치.
「변형예」
본 발명의 실시 형태에 대해 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위에 기초하여 각종 변형이 가능하다. 예를 들어, 상술한 실시 형태에서, 본 발명은 태양 전지 모듈에 적용되었다. 그러나, 본 발명은 태양 전지 모듈 이외의 발전 소자에 대해 적용할 수도 있다.
본 발명은 2011년 11월 29일자로 일본 특허청에 출원된 일본 우선권 특허출원 JP2011-260771호에 개시된 바와 관련된 요지를 포함하며, 그 전체 내용은 본원에 참조로서 원용된다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자이면, 첨부된 특허청구범위 또는 그 균등물의 사상의 범주 내에 있는 한, 설계 요구조건 및 다른 요소에 따라 각종 변경, 조합, 하위 조합 및 수정에 상도할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (20)

  1. 발전 장치로서,
    발전 모듈로부터 전압 정보 및 온도 정보를 수신하고,
    수신된 상기 전압 정보 및 온도 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 발전 정보를 계산하도록 구성된 전력 계산부를 포함하는, 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 동작 상태를 판정하도록 구성된 상태 판정부를 더 포함하는, 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상태 판정부는 상기 발전 모듈의 열화 상태 또는 고장 상태를 검출하도록 구성된, 발전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발전 정보를 출력하도록 구성된 출력부를 더 포함하는, 발전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 발전 정보를 표시하도록 구성된 표시부인, 발전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전압 정보 및 온도 정보를 송신하도록 구성된 송신기와,
    상기 송신기에 통신가능하게 연결되고, 상기 송신기에 의해 송신된 상기 전압 정보 및 온도 정보를 수신하도록 구성된 수신기를 더 포함하는, 발전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수신기와 상기 송신기 사이의 통신로는 무선 접속인, 발전 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 발전 모듈로부터 상기 전압 정보 및 온도 정보를 측정하도록 구성되고, 또한 상기 전압 정보 및 온도 정보를 상기 송신기에 전달하도록 구성된 전압 및 온도 측정부를 더 포함하는, 발전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전압 및 온도 측정부는,
    상기 발전 모듈로부터의 출력 전압을 안정화하도록 구성된 레귤레이터와,
    상기 레귤레이터에 연결되고, 상기 발전 모듈로부터의 상기 출력 전압이 상기 레귤레이터의 정격 전압보다 높은 경우에, 상기 발전 모듈로부터의 상기 출력 전압을 분압하도록 구성된 제1 및 제2 저항을 포함하는, 발전 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    송신기와,
    상기 송신기에 통신가능하게 연결된 수신기와,
    상기 수신기에 의해 수신된 상기 발전 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 동작 상태를 판정하도록 구성된 상태 판정부를 더 포함하는, 발전 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전력 계산부는 상기 발전 장치의 송신측에 위치되고, 상기 상태 판정부는 상기 발전 장치의 수신측에 위치된, 발전 장치.
  12. 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법으로서,
    발전 모듈로부터 전압 정보 및 온도 정보를 수신하고, 수신된 상기 전압 정보 및 온도 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 발전 정보를 계산하는 단계와,
    상기 발전 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 상기 동작 상태를 판정하는 단계를 포함하는, 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 발전 정보에 기초하여 상기 발전 모듈의 동작 상태를 판정하는 단계를 더 포함하는, 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 발전 모듈의 동작 상태가 열화 상태 또는 고장 상태인지를 판정하는 단계를 더 포함하는, 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 발전 정보를 출력하는 단계를 더 포함하는, 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 발전 정보를 출력하는 단계는, 상기 발전 정보를 표시 장치에 표시하는 것을 포함하는, 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    송신기에 의해 상기 전압 정보 및 온도 정보를 송신하고, 송신된 상기 전압 정보 및 온도 정보를 수신기에 의해 수신하는 단계를 더 포함하는, 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    전압 및 온도 측정부에 의해 상기 발전 모듈로부터 상기 전압 정보 및 온도 정보를 측정하고, 상기 전압 정보 및 온도 정보를 상기 송신기에 전달하는 단계를 더 포함하는, 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전압 및 온도 측정부는,
    상기 발전 모듈로부터의 출력 전압을 안정화하도록 구성된 레귤레이터와,
    상기 레귤레이터에 연결되고, 상기 발전 모듈로부터의 상기 출력 전압이 상기 레귤레이터의 정격 전압보다 높은 경우에, 상기 발전 모듈로부터의 상기 출력 전압을 분압하도록 구성된 제1 및 제2 저항을 포함하는, 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 발전 장치는, 직렬로 접속된 복수의 발전 모듈에 대응하는 복수의 전압 및 온도 측정부를 더 포함하고,
    멀티플렉서에 의해, 상기 복수의 전압 및 온도 측정부로부터 출력된 상기 전압 정보 및 온도 정보를 결합하는 단계를 더 포함하는, 발전 장치의 동작 상태를 판정하는 방법.
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