KR20130110481A - 태양전지 실증시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지를 효율적으로 실증실험하기 위한 태양전지 실증시스템에 관한 것으로서, (A) 최소한 전지일사량과 전지온도를 감지하여 하기 컴퓨터로 송신하는 1~n개의 환경감지센서: (B) ① (+)(-)입력단자-2쌍(+)(-)출력단자 형의 제1릴레이 및 제2릴레이로 이루어지는 복수개의 입력채널과, ② (+)(-)출력단자 형인 제1출력채널 및 제2출력채널과, ③ 상기 각각의 제1릴레이 및 제2릴레이의 스위칭을 제어하는 컨트롤러로 구성되는 릴레이먹스: (C) 상기 릴레이먹스의 제1출력채널 및 제2출력채널과 각각 연결되는 제1(+)(-)입력단자 및 제2(+)(-)입력단자를 가지고 있어 상기 컨트롤러의 스위칭에 따라 인가되는 소정의 태양전지의 전압-전류값을 검출하거나, 검출정보로부터 전류-전압특성곡선을 생성하는 전압전류검출기: (D) 상기 릴레이먹스 각 입력채널의 제1릴레이의 2번(+)(-)출력단자와 연결되어 태양전지에 의해 생산된 전력을 소비하는 부하: 및 (E) 상기 각 구성부의 작동을 제어하며, 상기 환경감지센서 및 전압전류검출기의 검출 데이터를 모니터링하고 분석하는 컴퓨터:를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 실증시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 네트웍을 이루는 복수개 태양전지 발전시스템에서 개별 태양전지의 전지특성을 독립적으로 또는 네트웍상에서 편리하게 검출하고 기록하고 분석할 수 있게 된다.

Description

태양전지 실증시스템{Testing System for Solar Cell}

본 발명은 태양전지를 효율적으로 실증실험하기 위한 태양전지 실증시스템에 관한 것이다.

화석연료의 고갈 및 가격급등, 지구 기후의 급격한 변화는 지속가능한 에너지 획득기술을 요구하고 있다. 그 중에서도 태양 에너지는 무한청정·안전성으로 인하여 가장 주목을 받고 있다.

이러한 태양 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 태양광 발전 시스템은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 다양한 종류의 태양전지(cell)로 구성되는데, 태양전지는 크게 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지 및 염료감응 태양전지로 구분된다. 어떤 종류가 되었든 태양전지는 0.5V 정도의 전압밖에 발생시키지 못하므로 적정범위의 전압과 전류량을 얻기 위해 여러 개의 태양전지를 배선으로 접속하여 충진재, 접합재, 유리기판 등을 이용해서 밀봉·고정한 태양전지모듈(photovoltaic module, PV module, 태양전지패널이라고도함) 형태로 제작하여 100~200와트의 전력을 생산할 수 있도록 한다.

실제 태양광 발전 시스템은 태양전지모듈 생산업체에서 대량생산된 모듈 수개~수백개를 소정의 프레임에 장착하고 이들 모듈을 회로연결한 태양전지 어레이(array)를 하나 또는 복수개 설치된 것이다.

이하 본 발명에서 특별한 언급이 없으면 '태양전지'란 태양전지 셀, 태양전지 모듈 및 태양전지 어레이를 모두 포함하는 개념이다. 왜냐하면 본 발명에 의한 태양전지 실증시스템은 태양전지 셀이나 태양전지 모듈 또는 태양전지 어레이 등 어느 레벨의 것이라도 실증의 대상물로 할 수 있기 때문이다. 다만 대부분의 경우에는 이해의 편의를 위해 당업계에서 태양발전 시스템의 'unit'로 인정되고 있는 태양전지 모듈을 실증의 대상으로 하여 설명하기로 한다.

태양광 발전시스템의 효율은 태양전지 자체의 특성, 태양광의 강도 및 스펙트럼, 전지온도 등과 같은 재료적, 환경적 요인에 좌우되지만 특히 태양전지 모듈 자체의 특성과 모듈사이의 균일성 및 모듈간의 배선회로 상태 등에 따라 큰 영향을 받는다.

이처럼 다양한 효율요인을 고려하여, 처음 태양전지 모듈을 개발한 때에는 수십~수백개의 모듈을 준비하여 이들을 실제 외부현장에서 가동하면서 장기간 사용시 제작사가 보증하는 전지특성을 나타내는지, 다른 문제를 발생시키지 않고 잘 동작하는지 실제로 실험하여 사용가능한지 확인하고 증명하는 "태양전지 실증"이 필요하다. 이를 위한 시스템을 통상 "태양전지 실증시스템"이라 한다.

그러나 종래의 "태양전지 실증시스템" [용어를 다르게 사용하고 있는 것을 고려하더라도]은 실제 태양광 발전시스템을 완전하게 건설한 다음 태양전지(모듈) 마다 전압전류 측정센서를 설치하고 태양광 발전시스템을 (실험적으로) 가동하면서 실증을 하고 있는 것이 현실이다(특허공개 10-2010-0072457, 등록특허 10-1083818). 사실상 종래 기술은 "실증시스템"이라기 보다는 태양광 발전시스템의 특성을 모듈 제조사가 제공한 값과의 차이를 여러 가지 이유에 의해서(시스템 처음 설치 후 설치가 잘되었는지 확인 하고자 할 때, 얼마나 노화가 일어났는지 지속적으로 알고 싶을 때, 동작중 오류가 발생했을 때 태양전지 모듈의 이상 유무를 판단 하고자 할 때 등) 알아보고자 할 때 이를 분석하고 검사하는 것을 중점으로 하고 있는 실정이다.

이에 의하면 복수개의 태양전지들이 고정된 회로를 구성하고 있기 때문에 시스템 전체의 특성을 종합적으로 파악할 수는 있지만, 개별적인 태양전지마다의 전지특성(예를 들면, 전류-전압특성곡선)을 측정하는 것이 불가능하다. 즉, 태양광 발전시스템에서 특정 태양전지 하나만을 분리하여 전지특성을 측정할 수 없다.

또한 태양광 발전시스템을 건설하여 실증하는 것이기 때문에 실증에 필요한 비용이 과다하게 소요되고 실증 결과를 태양전지 개발(제조)에 피드백하는 시간도 길어지게 된다. 또한 고가의 전압전류 측정센서를 모든 태양전지 모듈마다 설치해야 하기 때문에 역시 비용이 많이 들게 된다.

한편, 태양전지 모듈의 종류에 따라 최적의 전력생산 효율을 나타내는 회로구조가 다를 수 있으며, 이 역시 실증적으로 탐색되어야 한다. 그러나 종래 태양전지 실증시스템은 모듈간의 회로적 연결관계가 확정(고정)된 태양광 발전시스템에서 운용되기 때문에 개발된 태양전지 모듈에 최적인 회로구조를 찾아내는 것이 거의 불가능하였다.

특허공개 10-2010-0072457 등록특허 10-1083818

본 발명은 외부현장에서 복수개 태양전지 각각의 전지특성을 검출하고 기록하고 분석할 수 있는 간단한 구조의 태양전지 실증시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 태양전지의 회로구성 변화에 따른 발전시스템의 발전효율 특성을 검출하고 기록하고 분석함으로써 특정 종류의 태양전지에 최적인 회로구조를 용이하게 도출할 수 있도록 하는 태양전지 실증시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하나 또는 복수(n)개의 태양전지를 동시에 실증실험하는데 사용되는 태양전지 실증시스템으로서, (A) 최소한 전지일사량과 전지온도를 감지하여 하기 컴퓨터로 송신하는 1~n개의 환경감지센서: (B) ① [(+)(-)입력단자]-2쌍의[(+)(-)출력단자] 형의 제1릴레이 및 제2릴레이로 이루어지는 복수개의 입력채널과, ② (+)(-)출력단자 형인 제1출력채널 및 제2출력채널과, ③ 상기 각각의 제1릴레이 및 제2릴레이의 스위칭을 제어하는 컨트롤러로 구성되며; 상기 각 태양전지의 (+)(-)단자가 분기되어 상기 제1릴레이와 제2릴레이의 (+)(-)입력단자에 각각 연결되고, 상기 각 입력채널의 제1릴레이의 1번(+)(-)출력단자[측정용단자]가 상기 제1출력채널의 (+)(-)출력단자에 함께 결선되고, 상기 각 입력채널의 제2릴레이의 1번(+)(-)출력단자[측정용단자]가 상기 제2출력채널 (+)(-)출력단자에 함께 결선되며, 상기 각 입력채널 제1릴레이의 2번(+)(-)출력단자[부하측단자]는 하기 부하와 연결되는 릴레이먹스: (C) 상기 릴레이먹스의 제1출력채널 및 제2출력채널과 각각 연결되는 제1(+)(-)입력단자 및 제2(+)(-)입력단자를 가지고 있어 상기 컨트롤러의 스위칭에 따라 인가되는 소정의 태양전지의 전압-전류값을 검출하거나, 검출정보로부터 전류-전압특성곡선을 생성하는 전압전류검출기: (D) 상기 릴레이먹스 각 입력채널의 제1릴레이의 2번(+)(-)출력단자와 연결되어 태양전지에 의해 생산된 전력을 소비하는 부하: 및 (E) 상기 각 구성부의 작동을 제어하며, 상기 환경감지센서 및 전압전류검출기의 검출 데이터를 모니터링하고 분석하는 컴퓨터:를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 실증시스템에 관한 것이다.

본 발명에 의한 실증시스템은 각 구성요소들 사이의 정보가 교환될 수 있는 유·무선통신수단을 갖추고 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 외부현장에서 복수개 태양전지를 전체 회로구성이 이루어진 상태에서의 전체 발전시스템의 전지특성 뿐만 아니라 개별 태양전지의 전지특성을 검출하고 기록하고 분석할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 태양전지 실증시스템 구성의 일예의 구성도.
도 2a는 본 발명에서의 릴레이먹스의 구조예, 도 2b는 릴레이먹스 입력채널의 내부구성 예시도.
도 3a~3f는 본 발명에 의한 태양전지 실증시스템의 구성예 및 테스트예 등을 보여주는 개념도.
도 4a는 본 발명에 의한 태양전지 실증시스템의 일예에서 릴레이먹스의 구체적 회로도, 도 4b는 이 회로도에서 딥스위치 설정을 위한 스팩을 보여주는 도표.
도 5는 본 발명에 예시적으로 적용될 수 있는 IV-tester의 외관도 및 부분상세도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 하나 또는 복수(n)개의 태양전지를 동시에 실증실험하는데 사용되는 태양전지 실증시스템으로서, 환경감지센서, 릴레이먹스, 전압전류검출기, 부하 및 컴퓨터를 포함하고 있다. 도 1에 가장 단순한 구조로 된 본 발명에 의한 태양전지 실증시스템 구성의 일예를 도시하였다(실험되는 태양전지도 함께 도시함). 도면에서 구성요소 사이의 흑색선은 전기적 연결을, 청색선은 유무선통신 연결을 나타내며, 실선은 고정적 연결을, 점선은 연결이 가능함을 나타낸다. 도시하지는 않았지만 구성요소들 간의 유무선통신을 위한 소정의 통신수단이 추가됨은 당연하다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 구성요소 내부에서의 전기적 연결을 "결선"으로, 구성요소 사이의 전기적 연결을 "연결"이라 표현한다.

본 발명에서 상기 환경감지센서는 최소한 전지일사량과 전지온도를 감지하여 컴퓨터로 송신하는 기능을 하는 것으로서 적게는 실증하고자 하는 전체 태양전지에 대해 1개, 많게는 각각의 태양전지마다(즉 n개) 설치될 수 있다. 그러나 모든 태양전지각도가 같은 방향이고, 과도하게 넓지 않은 공간이라면 설치된 각 태양전지에 대한 일사량이나 온도가 거의 동일하다고 볼 수 있으므로 태양전지마다 설치할 필요는 거의 없다.

환경감지센서는 하나의 센서일 수도 있고 다양한 환경요소를 측정하는 센서군일 수도 있다. 환경감지센서는 전지일사량과 전지온도 이외에도 습도, 풍향풍속, 일사스펙트럼 등과 같은 환경정보를 추가로 검출할 수도 있다.

본 발명에서 상기 릴레이먹스는 ① 복수개의 입력채널과 ② 제1출력채널 및 제2출력채널과 ③ 상기 각각의 제1릴레이 및 제2릴레이의 스위칭을 제어하는 컨트롤러로 구성된다. 릴레이먹스의 일예를 도 2a에, 릴레이먹스에서 입력채널 하나의 내부구성을 도 2b에 도시하였다. 도 2a에서 전기적 연결을 나타내는 실선은 실제로는 (+)(-) 두 선을 의미한다. 즉, 도면의 간략화를 위해 (+)(-) 두 선을 하나의 실선으로 표시한 것이다. 도면에서 PV, R, Cont, L 및 IV는 각각 태양전지, 릴레이, 콘트롤러, 부하 및 전압전류검출기를 나타낸다. 도 2b에서 하나의 입력채널에는 두 개의 릴레이(R1, R2)가 있고, 각 릴레이마다 하나씩의 (+)(-)입력단자가 있어 태양전지의 출력단과 연결된다.

상기 입력채널은 복수개로서 각각 제1릴레이 및 제2릴레이로 구성되는데, 상기 릴레이들은 (+)(-)입력단자-2쌍(+)(-)출력단자 형이다(도 2b 참조). 실험 대상이 되는 각 태양전지의 (+)(-)단자가 둘로 분기되어 상기 제1릴레이와 제2릴레이의 (+)(-)입력단자에 각각 연결된다. 제1릴레이의 1번(+)(-)출력단자[측정용단자]는 상기 제1출력채널의 (+)(-)출력단자에 결선되고, 제2릴레이의 1번(+)(-)출력단자[측정용단자]가 상기 제2출력채널 (+)(-)출력단자에 결선된다. 제1릴레이의 2번(+)(-)출력단자[부하측단자]는 하기 부하와 연결되며, 제2릴레이의 2번(+)(-)출력단자는 사용하지 않는다.

하기에서 설명될 본 발명의 일 실시예에서는 제1릴레이는 연결된 태양전지의 전류를 측정하는 용도로, 제2릴레이는 전압을 측정하는 용도로 사용된다.

상기 제1출력채널 및 제2출력채널은 각각 (+)(-)출력단자 형으로 전술한 바와 같이 제1출력채널의 단자는 입력채널 제1릴레이의 1번(+)(-)출력단자[측정용단자]와 결선되고, 제2출력채널의 단자는 제2릴레이의 1번(+)(-)출력단자[측정용단자]와 결선된다. 이들 제1출력채널 및 제2출력채널은 상기 전압전류검출기와 연결된다. 아래에서 설명할 예에서 보여지듯이, 본 발명에서 제1출력채널은 전류측정용으로, 제2출력채널은 전압측정용으로 고정하여 사용할 수도 있다.

상기 컨트롤러는 상기 컴퓨터의 제어신호에 따라 상기 각각의 제1릴레이 및 제2릴레이의 스위칭을 제어하는 기능을 한다. 릴레이의 제어방법에 관한 것은 당업계에서 널리 알려져 있는 것이므로 상세한 설명을 생략한다.

한편, 실험되는 태양전지의 수가 너무 많을 경우 그에 대응되는 릴레이먹스를 하나로 할 경우 릴레이먹스의 크기가 너무 크고 복잡해질 수 있다. 따라서 4~10개의 입력채널을 가지는 릴레이먹스를 복수개 채택하는 것이 바람직하다. 즉, 릴레이먹스는 복수개이며, 전체 릴레이먹스의 입력채널수의 합은 태양전지의 수(n)보다 크거나 같아야 바람직하다.

본 발명에서 상기 전압전류검출기는 제1(+)(-)입력단자 및 제2(+)(-)입력단자를 가지고 있어 각각 상기 릴레이먹스의 제1출력채널(의 측정용단자) 및 제2출력채널(의 측정용단자)과 각각 연결된다. 따라서 릴레이먹스의 제1출력채널이 전류측정용이고, 제2출력채널이 전압측정용이라면 그에 대응하여 제1(+)(-)입력단자를 전류측정용으로, 제2(+)(-)입력단자를 전압측정용으로 고정하여 사용할 수 있다. 전압전류검출기는 상기 컨트롤러의 스위칭에 따라 인가되는 소정의 태양전지의 전압-전류값을 검출하거나, 검출정보로부터 전류-전압특성곡선을 생성하는 기능을 한다. 이외에도 전압전류검출기는 개방전압, 단락전류, 최대전력점의 전압, 전류, 전력, fill-factor 등을 측정할 수 있다. 검출된 정보는 소정의 통신수단에 의해 상기 컴퓨터로 전송된다.

전압전류검출기로는 IV-tester를 선택할 수 있다.

본 발명에서 상기 부하는 상기 릴레이먹스 각 입력채널의 제1릴레이의 2번(+)(-)출력단자와 연결되어 태양전지에 의해 생산된 전력을 소비하는 역할을 한다. 부하는 최대 태양전지수 만큼 소요될 수도 있고, 아래에서 설명하듯이 입력채널의 제1릴레이의 2번(+)(-)출력단자들이 직-병렬연결되어 하나의 부하측 (+)(-)출력단자로 결선된다면 릴레이먹스당 1개 또는 전체 시스템당 1개를 설치할 수도 있다.

본 발명에서 상기 부하는 션트레지스터(shunt resistor), 최대전력추종기(MPPT) 또는 EL(electric load)를 선택할 수 있다. 부하가 MPPT나 EL인 경우 통신을 통해 이들의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어 부하를 전압전류검출기(iv-tester)에 의해 검출(계산)된 최대전력점(MPP)의 전압(Vmpp)에 머물게 설정할 수 있다. 이에 의해 실험대상이 되는 태양전지에서 생산된 전기가 최대로 소비됨으로써 '최고 출력 상태'에서 태양전지의 전지특성을 실증할 수 있게 된다.

한편, 태양전지는 태양광 세기에 관계없이 Vmpp값이 거의 일정하게 유지된다. 따라서 부하가 EL 이라면 정전압모드에서 전류를 소비만 하면 되므로 회로가 매우 간단하게 되어 저렴하게 구현된 EL를 부하로 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 컴퓨터는 본 발명의 각 구성부의 작동을 제어하며, 상기 환경감지센서 및 전압전류검출기의 검출 데이터를 모니터링하고 분석하는 기능을 한다.

예를 들면, 상기 컴퓨터는 통상의 컴퓨터에 원격제어S/W, 실시간 모니터링S/W , Data 저장검색분석S/W 등과 같은 실증S/W가 탑재된 것일 수 있다. 이하에서는 컴퓨터를 단순히 PC라 표현하기도 한다.

원격제어S/W 는 각 구성요소들의 동작을 제어하고 옵션이나 캘리브레이션값을 변경하는 기능을 가진다. 실시간 모니터링S/W는 각 구성요소(Iv-tester, MPPT, Sensing unit)가 측정한 데이터나 구성요소의 상태를 실시간으로 모니터링하고 디스플레이한다. Data 저장검색분석S/W는 모든 데이터를 적절히 DB화 하여 저장장치에 실시간으로 연속하여 저장하고, 저장된 과거 데이터를 검색-분석하여 다양한 유형의 그래프로 표시한다.

저장되는 data의 DB구조를 도 3에 예시하였다. : AllDB는 실증시스템의 모든 data가 저장되고 ch_x(x=1,2,3,...,n)에는 IV-TESTER의 각 대응 채널의 data 가 저장된다. AllCh은 IV-TESTER의 모든 data 가 저장된다. data 가 이렇게 3중으로 저장되는데 저장장치의 용량이 부족할 때 s/w 옵션설정에서 한가지 만 저장하게 할 수 있다.

본 발명에 의한 실증시스템은 각 구성요소들 사이의 정보가 교환될 수 있는 유·무선통신수단을 가진다. 통신수단 자체는 본 발명의 본질적 사항이 아니며, 그의 구현은 당업계에서 널리 알려진 것이므로 청구항의 구성요소로 하지는 않았다.

도 3a~f에 본 발명에 의한 태양전지 실증시스템의 구성 예와, 개별전지 테스트, 직-병렬연결 테스트, 최대전력점추종 테스트 및 공용선세 테스트를 위한 연결-통신관계도, 및 DB구조의 예를 도시하였다.

도면의 예에서, 유선 통신은 RS485 라인으로 연결되는데 PC까지 길게 선을 설치하여 "RS232C to RS485" 변환기를 거쳐 RS232C 로 변환하여 pc의 RS232C port 에 연결한다. RS485 라인에서 모두 디바이스는 어드레스가 달라야 한다. 도면에서 iv-tester가 RS485 address 1,2 이고 MPPT 3개가 address 3,4,5 이고 sensing unit 3개가 address 6,7,8 로 되어 pc와 통신한다.

무선 통신의 경우 RF나 ZigBee나 불루투스 무선모듈을 이용한다. 도면에서 각 측정 장치에 연결된 RS485 라인은 "RS232C to RS485"로 RS232C 신호로 변환되어 무선모듈에 연결하고 무선신호는 pc측에 연결된 무선모듈까지 통신된다. Pc측 무선모듈은 RS232C 포트나 usb 포트에 연결한다.

본 발명에 의한 태양전지 실증시스템의 일예에서 릴레이먹스의 구체적 회로도를 도 4a에 도시하였다. 도 4a에는 설명의 편의를 위해 4-입력채널 릴레이먹스를 도시하였는데, 실제로는 입력채널 수가 많아야 실용적이다.

위에 power 입력단자가 있고 통신단자로 Tx, Rx가 있다. 통신단자는 내부의 콘트롤러에 연결된다. 딥스위치(dip switch) 4 개가 배치되어 있고 이 값을 콘트롤러 가 읽을 수 있게 되어 있다. 입력채널 당 2 개의 릴레이가 사용된다. 왼쪽에 태양전지와 연결되는데 4 wire 방식을 지원하므로 입력채널 당 4 선 i+,i-,v+,v- 이 있다. 이중에 한 채널을 선택하는데, i+,i- 와 연결된 전류선 선택 릴레이(제1릴레이)와 v+,v- 와 연결된 전압선 선택 릴레이(제2릴레이)가 동시에 동작하지 않고 독립적으로 동작 가능하다. 즉, 본 발명에 의하면 하나의 태양전지를 Network에서 떼어 내서 iv-curve를 측정할 수도 있고, Network에 붙은 상태로 전압만 읽을 수도 있는 것이다. 선택된 입력채널의 2쌍의 출력단자 i+,i-,v+,v-은 하단의 두 개의 출력채널 i+,i-,v+,v-단자에 연결되고 보드 밖에서 IV-tester의 i+,i-,v+,v- 입력단자에 연결 된다. 선택되지 않은 전지의 i+,i- 는 오른쪽 부하측단자에 연결된다. 부하측단자는 부하를 달거나 직.병렬 연결을 만들 때 사용된다. 도면에 4 채널을 직렬 또는 병렬로 연결하는 예가 우측에 도시되어 있다.

도면의 예에서는 환경감지센서(이하 '센서'라 함)의 출력도 릴레이먹스로 연결된 구조를 보여준다. 즉, 도면에서 릴레이먹스는 태양전지 릴레이먹스와 센서 릴레이먹스로 구성된다.

릴레이먹스는 하나의 IV_TESTER로 여러 태양전지나 여러 일사.온도센서를 측정하는데 필요하다. 그리고 태양전지는 최종 사용될 때 직.병렬 연결되어 사용되므로 실증 test 시 직.병렬 연결 시험도 릴레이먹스 보드를 통해 수행 할 수 있어야 한다. 그러나 전지의 배열(독립, 직렬, 병렬, 임의직.병렬)에 따라 MUX 보드를 새로 만들면 비용도 상승하고 관리도 들기 때문에 임의 배열에 상관없이 한 종류의 같은 MUX 보드를 사용하는 것이 바람직하다. 도면의 릴레이먹스 보드는 위의 모든 경우에 사용할 수 있는 MUX 보드이다. 릴레이먹스 보드의 딥스위치를 조작하여 sensor mux 나 pv mux 로 사용가능하고 임의 직.병렬도 표현 가능하다. 딥스위치 4개의 각 bit의 on/off 값은 iv-tester 에 전달되고 다시 실증 pc까지 전달되므로 전지의 배열 회로를 pc에서 그래픽으로 표현 가능하다. 단 상기 도면에 의하면, 딥스위치 설정이 태양전지 회로 연결을 조작하는 것이 아니라 현 회로가 어떤 상태인지 iv-tester 와 pc에 알리는 역할만 한다. 그러므로 원하는 배열의 태양전지회로 연결을 만들고 회로와 일치하도록 딥스위치 설정을 정확히 설정해야 한다.

본 발명에 예시적으로 적용될 수 있는 IV-tester의 외관도 및 부분상세도를 도 5에 도시하였다. 예시된 도면에서 iv-tester는 커넥터부, LCD 부 및 keypad 부로 구성된다.

커넥터부는 전원스위치, 충전기커넥터, 12volt 120 ohm test port, 태양전지 연결포트(본 발명에서는 릴레이먹스를 매개로 연결됨), 릴레이먹스 통신포트(tx, rx), 일사량(전지 ,지면), 온도(전지, 대기), PT100/보조포트 및 이들과 완전 절연된 RS232C, RS485, USB로 구성된다. "Isolated 점선"의 양쪽은 전기적으로 절연되어 있음을 표시한다.

전원스위치는 시스템에 전원을 공급한다 전원스위치on 했을 때 iv-tester에 3.7V 가 공급된다. 충전기 커넥터는 내부의 충전지 충전을 위한 커넥터이다. 12volt 120 ohm test port는 reference test 신호를 내주어 iv-커브를 테스트하도록 하는 포트이다. 예를 들면 보통 iv-curve는 곡선인데 여기서는 직선으로 나와 확실이 검증된다. 미지의 태양전지를 측정하기에 앞서 본 test port 를 미리 연결하고 측정하여 그 결과 iv-curve를 보고 본 계측기가 정상 동작함을 test 할 수 있는 것이다. 태양전지 연결 포트는 바로 또는 릴레이먹스를 경유하여 태양전지가 연결되는 포트이다. 2-wire 방식으로 측정하려면 I+ I- 를 태양전지의 +-에 연결하면 된다. I+ I- 는 전류가 흐르는 단자임과 동시에 전압을 읽는 단자이다(I+ I- 단자의 전압을 읽음). 4-wire 방식으로 측정하려면 I+ I- 를 태양전지의 +-에 연결하고 V+ V- 를 태양전지의 +-에 연결한다. I+ I- 는 전류가 흐르는 단자이고 V+ V- 는 전류는 흐르지 않고 전압을 읽는 단자이다(전지의 +-극 전압을 읽음). 그래서 iv-tester에서 전지까지 전선의 저항 값이 크면 큰 전류가 흐를 때 전선에서 전압강하가 크므로 2-wire 방식은 전압강하만큼 오차가 있는 전압 값을 읽어 부정확하다. 4-wire 방식은 전지의 전압을 읽으므로 오차가 없다.

릴레이먹스 통신포트는 릴레이먹스와 연결되고 링형으로 통신 network 가 구현된다. 예를 들어 릴레이먹스가 4 개가 있다면 iv-tester 의 TX는 1번 릴레이먹스의 Rx에 연결되고, 1번 릴레이먹스의 TX는 2번 릴레이먹스의 Rx에 연결되고, 2번 릴레이먹스의 TX는 3번 릴레이먹스의 Rx에 연결되고, 3번 릴레이먹스의 TX는 4번 릴레이먹스의 Rx에 연결되고, 4번 릴레이먹스의 TX는 iv-tester의 Rx에 연결되어 링형으로 통신 network가 구현된다. 링형의 장점은 릴레이먹스의 address 순서적으로 자동 할당되어 일일이 address를 설정해 줄 필요가 없어 편리하다.

전지 일사량포트는 바로 또는 센서 릴레이먹스를 경유하여 전지의 일사량계에 연결되고 지면 일사량포트는 지면에 평행하게 설치된 일사량계에 연결된다. 전지온도포트는 바로 또는 센서 릴레이먹스를 경유하여 전지의 온도계에 연결되고 대기온도포트는 대기온도를 측정하는 온도계에 연결된다. PT100/보조포트는 정밀 저항계 PT 100 옴 센서에 연결하거나 보조포트로 사용된다. 보조포트라 함은 여분의 포트로 앞의 일사 온도 외에 측정이 필요한 센서가 있는 경우 본 포트에 연결해 사용하면 된다. RS232C , RS485 , USB포트는 PC와 통신하는 포트이다. RS485포트를 이용해야 RS485 라인에 여러 측정 장치를 같이 연결하므로 본 포트를 사용하는 것이 일반적이다. PC에 RS232C 포트가 있으면 바로 연결하여 사용 가능하므로 Test 할 때 편리하다. USB포트는 RS232C 포트가 없는 경우 Pc의 USB port 에 연결한다.

Claims (5)

1. 하나 또는 복수(n)개의 태양전지를 동시에 실증실험하는데 사용되는 태양전지 실증시스템으로서,
   (A) 최소한 전지일사량과 전지온도를 감지하여 하기 컴퓨터로 송신하는 1~n개의 환경감지센서:
   (B) ① [(+)(-)입력단자]-2쌍의[(+)(-)출력단자] 형의 제1릴레이 및 제2릴레이로 이루어지는 복수개의 입력채널과, ② (+)(-)출력단자 형인 제1출력채널 및 제2출력채널과, ③ 상기 각각의 제1릴레이 및 제2릴레이의 스위칭을 제어하는 컨트롤러로 구성되며,
   상기 각 태양전지의 (+)(-)단자가 분기되어 상기 제1릴레이와 제2릴레이의 (+)(-)입력단자에 각각 연결되고,
   상기 각 입력채널의 제1릴레이의 1번(+)(-)출력단자[측정용단자]가 상기 제1출력채널의 (+)(-)출력단자에 결선되고, 상기 각 입력채널의 제2릴레이의 1번(+)(-)출력단자[측정용단자]가 상기 제2출력채널 (+)(-)출력단자에 결선되며,
   상기 각 입력채널 제1릴레이의 2번(+)(-)출력단자[부하측단자]는 하기 부하와 연결되는 릴레이먹스:
   (C) 상기 릴레이먹스의 제1출력채널 및 제2출력채널과 각각 연결되는 제1(+)(-)입력단자 및 제2(+)(-)입력단자를 가지고 있어 상기 컨트롤러의 스위칭에 따라 인가되는 소정의 태양전지의 전압-전류값을 검출하여 전류-전압특성곡선을 측정하는 전압전류검출기:
   (D) 상기 릴레이먹스 각 입력채널의 제1릴레이의 2번(+)(-)출력단자와 연결되어 태양전지에 의해 생산된 전력을 소비하는 부하:
   (E) 상기 각 구성부의 작동을 제어하며, 상기 환경감지센서 및 전압전류검출기의 검출 데이터를 모니터링하고 분석하는 컴퓨터:
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 실증시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 릴레이먹스는 복수개이며, 전체 릴레이먹스의 입력채널수의 합은 태양전지의 수(n)보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 태양전지 실증시스템.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 릴레이먹스의 각 입력채널 제1릴레이의 2번(+)(-)출력단자[부하측단자]가 직-병렬연결되어 하나의 부하측 (+)(-)출력단자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 실증시스템.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 릴레이먹스에는,
   입력채널의 수와 같은 비트(스위치)수의 딥스위치가 각 입력채널에 대응되어 추가로 설치되어 있어 딥스위치의 조작에 의해 각 입력 채널의 사용 유무와, 각 제1릴레이의 2번(+)(-)출력단자[부하측단자]의 연결관계를 표현할 수 있는 것을 특징으로 하는 태양전지 실증시스템.
   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 부하는 션트레지스터(shunt resistor), 최대전력점추종기(mppt) 또는 EL(electric load)인 것을 특징으로 하는 태양전지 실증시스템.

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