KR20140112146A - 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치 - Google Patents

태양광 발전 시스템의 발전진단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도 및 일사량에 따른 예측 발전량과 실제 발전량을 비교하여 태양광 발전을 진단함으로써 유지 관리를 원활하게 하도록 한 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력하는 태양전지모듈을 포함하여 이루어진 다수의 태양광 발전부와, 상기 각 태양광 발전부에 설치되어 대기온도 및 태양전지모듈 온도, 수평면 일사량 및 경사면 일사량, 발전량을 측정하는 태양광 발전 측정부와, 상기 태양광 발전 측정부에서 측정된 각종 정보를 근거로 상기 태양광 발전부의 발전량을 예측함과 더불어 실제 발전량을 비교하여 상기 태양광 발전부의 발전 유지율을 산출하는 태양광 발전 진단부와, 상기 태양광 발전 진단부에서 진단된 각종 정보를 네트워크를 통해 전달받아 발전현황, 감시, 진단, 분석, 보고서를 모니터링하는 태양광 발전 모니터링부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 발전 시스템의 발전진단 장치 및 방법{DETECTION APPARATUS OF PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION SYSTEM AND DETECTION METHOD}
본 발명은 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 태양광 발전의 발전 효율을 진단하도록 한 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
화석 연료의 고갈과 환경 보호라는 과제 달성을 위해 신 재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있고 특히, 신 재생에너지 중 무공해이면서 무한정의 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 태양광 발전 시스템은 발전부와 제어부가 반도체 소자와 전자 부품으로 구성되어 있기 때문에 기계적인 진동과 소음이 없을 뿐만 아니라, 운전 및 유지 관리에 따른 비용을 최소화할 수 있어 이미 신 재생에너지의 큰 축으로 자리 잡고 있다.
상기 태양광 발전 시스템은 태양에너지를 전기 에너지로 바꾸고 이를 사용하고자 하는 부하에 공급함으로써 이루어지고, 태양전지에서 발생하는 직류전력을 인버터를 통하여 상용 전원선에 실시간으로 공급하는 계통연계형 태양광 발전 시스템과, 전력이 발생하지 않는 야간에도 사용할 수 있도록 태양전지에서 발생하는 직류전력을 충전기를 통해서 축전지에 저장하였다가 직류 혹은 교류의 형태로 개별 부하에 공급하는 독립형 태양광 발전 시스템으로 구분된다.
그런데 태양전지는 태양광을 이용해 전기를 일으키는 최소 단위로서, 태양전지로는 적절한 전압과 전류를 얻을 수 없다.
따라서 적절한 전압과 전류를 얻어 태양광 발전 시스템에 이용하기 위해서는 다수의 태양전지를 직,병렬로 연결한 후, 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 충진재, 유리 등과 함께 압축하여 모듈 형태로 태양전지모듈을 제작하여 단독으로 이용하거나, 대전력 발전을 위해서 다수의 태양전지모듈을 직렬이나 병렬 연결한 태양전지 어레이를 이용한다.
상기 태양전지 어레이를 구성하는 태양전지모듈은 자체의 오염이나 열화, 배선 불량에 의해 고장이 발생하게 되는데 대단위 단지에서 고장난 태양전지모듈 하나를 찾기도 힘들거니와, 상기 고장난 태양전지모듈을 찾아 보수나 교체를 위해 다수의 태양전지모듈로 이루어진 태양전지 어레이의 가동을 중지시켜야 하는 부담이 있었다.
또한, 태양전지 어레이를 구성하는 다수의 태양전지모듈 중 1개가 고장 날 경우 그 원인을 실시간으로 찾기가 어려우며, 태양전지 어레이 전체를 점검해야 하는 비효율성은 사후처리 비용의 상승과 발전량 감소를 초래해 수익성 악화를 불러왔다.
뿐만 아니라 태양광 발전 시스템은 한 지역에만 설치되지 않고 다수의 지역에 떨어져 설치되고 있기 때문에 유지 관리에 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 온도 및 일사량에 따른 예측 발전량과 실제 발전량을 비교하여 태양광 발전을 진단함으로써 유지 관리를 원활하게 하도록 한 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력하는 태양전지모듈을 포함하여 이루어진 다수의 태양광 발전부와, 상기 각 태양광 발전부에 설치되어 대기온도 및 태양전지모듈 온도, 수평면 일사량 및 경사면 일사량, 발전량을 측정하는 태양광 발전 측정부와, 상기 태양광 발전 측정부에서 측정된 각종 정보를 근거로 상기 태양광 발전부의 발전량을 예측함과 더불어 실제 발전량을 비교하여 상기 태양광 발전부의 발전 유지율을 산출하는 태양광 발전 진단부와, 상기 태양광 발전 진단부에서 진단된 각종 정보를 네트워크를 통해 전달받아 발전현황, 감시, 진단, 분석, 보고서를 모니터링하는 태양광 발전 모니터링부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 방법은 양광 발전부가 설치된 장소에 대한 경사면 일사량, 모듈 온도 및 발전효율 데이터를 수집하는 단계; 상기 각 수집된 데이터를 근거로 설치된 태양광 발전부의 예측 발전량을 산출하는 단계; 상기 예측 발전량과 상기 태양광 발전부로부터 발전되는 실제 발전량을 비교하여 발전유지율을 산출하는 단계; 상기 산출된 발전유지율을 분석하여 예측 발전량과 실제 발전량간에 ±20%의 차이가 발생할 경우에는 관리자를 이를 통보하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 모듈 온도 및 경사 일사량에 따른 예측 발전량과 실제 발전량을 비교하여 설치된 태양광 발전을 진단함으로써 유지 관리를 원활하게 할 수 있다.
둘째, 태양광 발전부들로부터 얻어진 기준 발전량과 실제 발전량을 비교함으로써 태양광 발전부의 효율을 정확하게 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치를 개략적으로 나타낸 구성도
도 2는 도 1의 태양광 발전 측정부를 개략적으로 나타낸 구성도
도 3은 도 1의 태양광 발전 진단부를 개략적으로 나타낸 구성도
도 4a 및 도 4b는 도 3의 발전량 예측부와 실제 발전량 측정부를 비교한 그래프
도 5는 도 1의 태양광 발전 모니터링부를 개략적으로 나타낸 구성도
도 6은 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템에서 발전 현황을 나타낸 화면
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템에서 감시 화면
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템에서 진단 화면
도 9는 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치의 화면
도 10은 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 방법에서 경사면 일사량, 모듈 온도, 발전효율간의 관계를 3차원 그래프로 나타낸 도면
도 11은 도 10에서 필터링된 데이터를 보여주는 화면
도 12는 정상적인 데이터를 활용하여 예측 데이터를 추정한 화면
도 13은 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 방법을 개략적으로 나타낸 순서도
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 태양광 발전 측정부를 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 3은 도 1의 태양광 발전 진단부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력하는 태양전지모듈(111)을 포함하여 이루어진 다수의 태양광 발전부(110)와, 상기 각 태양광 발전부(110)에 설치되어 대기온도 및 태양전지모듈 온도, 수평면 일사량 및 경사면 일사량, 발전량을 측정하는 태양광 발전 측정부(120)와, 상기 태양광 발전 측정부(120)에서 측정된 각종 정보를 근거로 상기 태양광 발전부(110)의 발전량을 예측함과 더불어 실제 발전량을 비교하여 상기 태양광 발전부(110)의 발전 유지율을 산출하는 태양광 발전 진단부(130)와, 상기 태양광 발전 진단부(130)에서 진단된 각종 정보를 네트워크를 통해 전달받아 발전현황, 감시, 진단, 분석, 보고서를 모니터링하는 태양광 발전 모니터링부(140)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 태양광 발전부(110)는 동일 지역에 설치될 수 있지만, 지역이 다른 지역에 각각 설치되어 전기 에너지를 생산할 수 있도록 구성된다.
상기 태양광 발전부(110)은 고정형, 추적형 또는 BIPV 중에서 적어도 어느 하나로 구성되어 있다.
상기 수평면 일사량은 태양광 발전부(110)가 설치된 설치 장소에 입사되는 일사량을 의미하며, 그리고 경사면 일사량은 어느 하나의 태양전지모듈(111)로 입사되는 태양광의 일사량을 의미한다. 여기서 이 수평면 일사량은 일반적인 일사량을 의미하는 것으로 이 수평면 일사량은 수평면 일사량 센서를 상기 설치 위치에 설치함으로써 측정할 수 있다. 이 수평면 일사량 센서는 시간에 따른 태양의 위치에 관계없이 그 입광면의 각이 항상 그대로 유지된다. 이 수평면 일사량 센서는 태양광센서모듈들 사이에 위치시킬 수도 있다. 이때, 이 수평면 일사량 센서는 태양광 발전부(110)의 중심부에 위치할 수 있다.
한편, 경사면 일사량은 태양전지모듈(111)의 입광면에 경사면 일사량 센서를 부착함으로써 측정될 수 있다. 이 경사면일사량센서는 어느 하나의 태양전지모듈(111)에만 부착될 수도 있으며, 또는 모든 태양전지모듈(111)에 하나씩 부착될 수도 있다. 이때 이 태양전지모듈(111)들 각각은 이들의 입광면이 항상 태양의 방향을 추종하도록 이들의 극각 및 방위각이 시간에 따라 자동적으로 조절되므로, 이들 태양전지모듈(111)에 부착된 경사면 일사량 센서의 입광면 역시 항상 태양을 향하게 된다.
상기 태양광 발전 진단부(130)는 일사량, 모듈 온도 및 총전력을 미리 설정된 일정 시간마다 측정함으로써 매 시간대별로 구분된 다수의 경사면 일사량들, 다수의 모듈 온도들 및 다수의 총전력들에 대한 예측 발전량들을 산출하고, 이 산출된 예측 발전량과 실제 발전되는 발전량을 비교하여 상기 태양광 발전부(110)의 발전유지율을 산출한다.
상기 태양광 발전 모니터링부(140)는 현황, 감시, 진단, 분석, 보고서, 설정의 목록이 디스플레이되고, 관리자는 필요에 따라 각 목록을 클릭하여 상기 태양광 발전부(110)의 발전현황을 디스플레이한다.
상기 태양광 발전 측정부(120)는 도 2에서와 같이, 대기온도 및 모듈온도를 측정하는 온도 측정부(121)와, 상기 태양광 발전부(110)에 설치되어 수평 일사량과 경사 일사량을 측정하는 일사량 측정부(122)와, 상기 태양광 발전부(110)의 발전량을 측정하는 발전량 측정부(123)와, 상기 태양광 발전부(110)의 태양전지모듈(111)위에 쌓여진 눈이나 낙엽과 함께 주위를 감시하는 카메라부(124)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 온도 측정부(121)는 상기 태양광 발전부(110)를 구성하는 태양전지모듈(111)에 부착되어 온도를 측정함과 더불어 상기 태양전지모듈(111) 주위 즉 대기온도를 함께 측정하여 송부한다.
상기 일사량 측정부(122)는 상기 태양전지모듈(111)의 각도에 따라 경사 일사량과 함께 지면과 수평한 수평 일사량을 동시에 측정하여 송부한다.
상기 발전량 측정부(123)는 상기 각 태양광 발전부(110)로부터 생산된 발전량을 실시간으로 측정하여 송부한다.
상기 카메라부(124)는 상기 태양광 발전부(110)가 설치된 지역에서 전체를 감시할 수 있도록 상기 태양전지모듈보다 상측에 설치되어 현 상태를 감시함과 더불어 각종 도난이나 사고를 감시할 수 있다.
상기 태양광 발전 진단부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 발전량 예측부(131), 관계식 생성부(132), 상수 추출부(133), 실제 발전량 생성부(134) 및 효율 산출부(135)를 포함한다.
상기 발전량 예측부(131)는 경사면 일사량, 모듈 온도 및 총전력을 미리 설정된 일정 시간마다 측정함으로써 매 시간대별로 구분된 다수의 경사면 일사량들, 다수의 모듈 온도들 및 다수의 총전력들에 대한 발전량을 예측한다.
상기 관계식 생성부(132)는 상기 발전량 예측부(131)들로부터의 예측 발전량들에 근거하여, 경사면 일사량 및 모듈 온도와 총전력에 대한 관계를 정의하는 회귀방정식을 생성한다.
상기 상수 추출부(133)는 학습 알고리즘을 통해 회귀 방정식에 포함된 다수의 상수들 각각에 대한 값을 구한다.
상기 실제 발전량 생성부(134)는 실운전기간 동안 경사면 일사량, 모듈 온도 및 총전력을 미리 설정된 일정 시간마다 측정함으로써 매 시간대별로 구분된 다수의 경사면 일사량들, 다수의 모듈 온도들 및 다수의 총전력들에 대한 실데이터들을 생성한다. 하나의 실데이터는 특정 시간대에서의 경사면 일사량, 모듈 온도 및 총전력에 대한 데이터를 갖는다.
상기 효율 산출부(135)는 상기 실제 발전량 생성부(134)로부터의 어느 하나의 특정 실데이터에 포함된 총전력에 대한 양을 상기 실전력으로 정의한다. 그리고 상수 추출부(133)로부터의 상수들을 관계식 생성부(132)로부터의 회귀방정식에 대입하고, 특정 실데이터에 포함된 특정 경사면 일사량 및 특정 모듈 온도를 이 회귀방정식에 대입하여 기준전력을 산출한다. 그리고, 이 산출된 기준전력과 상기 정의된 실전력을 서로 비교하여 태양광 발전부(110)의 발전유지율을 산출한다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 발전량 예측부와 실제 발전량 측정부를 비교한 그래프이다.
도 4a에서와 같이, 발전량 예측부와 실제 발전량 측정부의 발전 효율 데이터가 거의 유사함을 알 수 있다. 여기서, 빨간색은 실제 발전량 데이터, 파란색은 발전량 예측 데이터이다.
도 4b에서와 같이, 발전량 예측부와 실제 발전량 측정부의 발전 효율 데이터가 일정 기간에 차이가 남을 알 수 있는데, 이는 일사량은 높지만 태양전지모듈 위에 전날 내린 눈이 쌓여 있는 동안에 일사량이 양호하지만 태양광 발전이 정상적으로 이루어지지 않아 실제 발전량이 떨어짐을 알 수 있다.
도 5는 도 1의 태양광 발전 모니터링부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
상기 태양광 발전 모니터링부(140)는 도 5에서와 같이, 현장별 전일 발전전력 및 현재발전전력, 수평 및 경사 일사량, 대기 및 모듈 온도를 디스플레이하는 발전 현황부(141)와, 상기 태양광 발전부(110)의 발전효율, 현재발전전력, 발전효율 추이를 각각 디스플레이하는 발전효율 표시부(142)와, 상기 태양광 발전부(110)가 설치된 현장별 발전효율을 각각 디스플레이하는 현장별 현황부(143)와, 상기 각 태양광 발전부(110)의 시설용량, 발전량, 발전금액을 각각 디스플레이하는 발전 집계부(144)와, 상기 각 태양광 발전부(110)의 발전량 및 유지 관리 상태를 근거로 랭킹을 표시하는 랭킹 표시부(145)와, 상기 각 태양광 발전부(110)의 발전 시간, 최대 발전 시간, 일평균 전력량, 전력량 합계를 디스플레이하는 발전시간 추이부(146)를 포함하여 구성된다.
상기 발전 현황부(141)는 상기 태양광 발전 측정부(120)로부터 측정된 각종 정보를 통신 네트워크를 통해 전달받아 관리자가 쉽게 파악할 수 있도록 전일 발전량과 현재 발전량을 비교하여 디스플레이한다. 따라서 관리자는 기상상황에 특별하게 차이가 없는데도 전일 발전량과 금일 발전량에 큰 차이가 발생할 경우에는 상기 태양광 발전부(110)를 구성하는 태양전지모듈을 포함하여 접속반, 인버터에 이상이 있다는 것을 인지하고 진단을 실시한다.
또한, 상기 발전효율 표시부(142)는 매시간마다 발전량의 상태를 그래프 형태로 디스플레이함과 더불어 관리자가 육안으로 식별할 수 있도록 숫자와 함께 눈금으로 디스플레이한다.
상기 현장별 현황부(143)는 상기 각 태양광 발전부(110)가 설치된 지역의 현장별 발전량을 디스플레이하는데, 현장별 설치된 태양광 발전부(110)의 발전효율(%)과 함께 발전시간(h)을 확인할 수 있도록 구분되어 있다.
상기 발전 집계부(144)는 각 현장에 설치된 태양광 발전부(110)의 시설용량(KWh)을 디스플레이함과 더불어 발전량과 발전금액을 일, 월, 년으로 디스플레이함으로써 관리자로 하여금 한눈에 발전량과 발전금액을 볼 수 있도록 되어 있다.
즉, 상기 발전 집계부(144)는 금일 발전량, 금월 발전량, 금년 발전량, 금일 발전금액, 금월 발전금액, 금년 발전금액을 각각 디스플레이하여 관리자가 보다 쉽게 총 발전량과 함께 발전 금액을 확인할 수가 있다.
상기 랭킹 표시부(145)는 일주일 간격으로 발전시간, 긴급경보 경보수, 경보유지 시간을 산출하여 각 현장별로 금, 은, 동과 같이 랭킹을 부여함으로써 현장 관리자로 하여금 보다 신속한 대응을 유도할 수가 있다. 현장별 랭킹에 따라 분기별 또는 년별로 랭킹에 포함된 숫자를 파악하여 우수 포상을 진행함으로써 현장 관리자의 사기를 높여 줄 수 있다.
상기 발전시간 추이부(146)는 상기 각 태양광 발전부(110)의 발전시간을 일간, 주간, 월간, 연간으로 구분하여 확인할 수 있도록 자료구분 부분을 클릭하여 확인할 수가 있다.
한편, 이상은 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템에서 통합, 현장별 발전현황을 보여주는 예를 도 6에 도시하였다.
즉, 도 6은 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템에서 발전 현황을 나타낸 화면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 현장 관리자 또는 총 관리자가 화면을 통해 현장별로 발전현황을 포함하여 발전 집계량 및 랭킹, 발전시간 추이를 실시간으로 모니터링할 수가 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템에서 감시 화면이다.
도 7a에서와 같이, 감시 화면에서 지도 부분을 클릭하게 되면 태양광 발전부(110)가 설치된 장소를 지도나 위성에서 한눈으로 확인할 수가 있을 뿐만 아니라 카메라부를 통해 현장 상태를 확인할 수 있다.
또한, 현장별로 설치된 태양광 발전부(110)의 태양전지모듈 용량, 인버터 용량, 발전시간/일수를 숫자로 확인할 수가 있고, 각 현장별로 현장 목록에서 랭킹을 확인할 수가 있다.
아울러 지도에는 태양광 발전부가 설치된 장소가 표시되고, 상기 태양광 발전부가 정상으로 동작할 때는 녹색, 통신 네트워크나 발전 이상이 있을 때 주황색의 주의 또는 적색의 경고가 깜박이게 된다.
또한, 상기 지도상에서 녹색, 주황색, 적색 부분을 각각 클릭하면 현재 운전상태, 발전전력, 경사일사량, 모듈온도를 확인할 수가 있다.
도 7b에서와 같이, 설비 부분을 클릭하면 태양광 발전부가 설치된 모든 현장의 인버터, 수배전반, 메인 및 서브뱅크의 이상 유무를 확인할 수가 있고, 현재 심각, 경계, 주의, 관심 부분이 몇 개인지를 색상을 통해 관리자가 직접 확인할 수가 있다.
도 7c에서와 같이, 네트워크 부분을 클릭하면 태양광 발전부의 각종 센서와 동작 상태와 접속반의 이상 유무를 포함하여 현재 네트워크의 통신 상태를 확인할 수가 있고, 현재 심각, 경계, 주의, 관심 부분이 몇 개인지를 색상을 통해 관리자가 직접 확인할 수가 있다.
따라서 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템에서 감시 부분은 GIS 기반 정보, 설비별 계측정보, 네트워크 상태를 관리자가 실시간으로 감시할 수가 있기 때문에 이상이 발생할 경우 현장 관리자에게 연락하여 신속하게 처리함으로써 발전 효율을 한층더 향상시킬 수가 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템에서 진단 화면이다.
도 8a에서와 같이, 진단 부분을 클릭하게 되면 태양광 발전부(110)가 설치된 장소를 지도나 위성에서 한눈으로 확인할 수가 있을 뿐만 아니라 카메라부를 통해 현장 상태를 확인할 수 있다.
또한, 현장별로 설치된 태양광 발전부(110)의 태양전지모듈 용량, 인버터 용량, 발전시간/일수를 숫자로 확인할 수가 있고, 각 현장별로 현장 목록에서 랭킹을 확인할 수가 있다.
또한, 일간 발전량 추기, 경사일사량, 발전전력, 모듈온도, 발전전력, 변환효율, 일 발전량, 일 발전금액, 일 발전시간, 월 발전시간을 확인할 수가 있다.
뿐만 아니라 태양광 발전부를 구성하는 스트링별로 발전현황을 확인할 수가 있고, 각 인버터 발전현황 및 접속반 발전현황을 확인할 수가 있다.
도 8b에서와 같이, 인버터 발전현황은 인버터의 종류, 설비용량, 운전상태, AC/DC전력, 계측일시를 확인할 수가 있다.
또한, 접속반 발전현황은 접속반의 종류, 설비용량, 현재전력, 부하율, HS온도, 내부온도, 계측일시를 확인할 수가 있다.
또한, 스트링별 발전현황은 각 스트링의 설비용량, 현재전력, 부하율, 계측일시를 확인할 수가 있다.
도 9는 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치의 화면이다.
도 9에서와 같이, 일간 발전량을 포함하여 사용자의 설정에 따라 18.2℃의 모듈 온도와 573W/㎡의 경사면 일사량에 따른 예측 발전량이 771kW일 때 실제 발전량은 921kW을 나타내고 있다. 즉, 발전효율을 상승됨을 알 수 있는 ±20%의 발전량 차이가 발생했을 때 태양광 발전부, 인버터, 접속반 중 어느 하나에 이상이 있음을 관리자에게 자동으로 알려주게 된다.
따라서 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템에서 진단 화면을 통해 현장 별 발전 상태를 진단함과 더불어 인버터와 접속반 및 스트링별 발전 현황을 확인할 수가 있기 때문에 발전에 이상이 발생할 경우에 현장 관리자에게 연락하여 신속한 처리를 통해 발전 효율을 향상시킬 수가 있다.
도 10은 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 방법에서 경사면 일사량, 모듈 온도, 발전효율간의 관계를 3차원 그래프로 나타낸 도면이다.
도 3의 관계식 생성부(132)는 도 3에 도시된 바와 같은 예측 데이터들에 근거하여 회귀방정식을 산출하는 바, 이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 관계식 생성부(132)는 n개의 예측 데이터들에 포함된 경사면 일사량들, 모듈 온도들 및 총전력들을 아래의 수학식 1에 정의된 행렬식으로 나타낸다.
Figure pat00001
위의 수학식 1에서 제 1 열에 위치한 원소들(x11, x12, ..., x1n)은 시간대별 경사면 일사량들을 의미하며, 제 2 열에 위치한 원소들(x21, x22, ..., x1n)은 시간대별 모듈 온도들을 의미하며, 그리고 제 3 열에 위치한 원소들(y1, y2, ..., yn)은 시간대별 총전력들을 의미한다. 이 수학식 1로부터 알 수 있듯이, 예를 들어 첫 번째 예측 데이터는 원소 x11에 대응되는 경사면 일사량, 원소 x21에 대응되는 모듈 온도 및 원소 y1에 대응되는 총전력을 포함한다.
이후, 이 관계식 생성부(132)는 상기 수학식 1에 근거하여 아래의 수학식 2로 정의되는 회귀방정식을 생성한다.
Figure pat00002
상기 상수 추출부(133)는 학습 알고리즘으로서 최소제곱법을 이용하여 상기 회귀방정식에 포함된 상수들 각각에 대한 값을 구한다.
이를 위해, 상기 상수 추출부(133)는 먼저 아래와 같은 수학식 3으로 정의되는 확장행렬식을 구한다.
Figure pat00003
이어서, 상기 상수 추출부(133)는 아래와 같은 수학식 4로 정의되는 행렬식을 계산한다.
Figure pat00004
여기서, 수학식 4의 y는 아래와 같은 수학식 5로 정의되는 행렬식을 갖는다.
Figure pat00005
한편, 수학식 4의 w는 아래와 같은 수학식 6으로 정의되는 행렬식을 갖는다.
Figure pat00006
이 수학식 3 내지 수학식 6에 의해 상수들 각각에 대한 값이 구해지면, 상수 추출부(133)는 이 상수들에 대한 값들을 효율 산출부(135)로 공급한다.
그러면 상기 효율 산출부(135)는 상술된 회귀방정식에 이 상수들의 값을 대입하여 관계식을 완성한다.
도 11은 도 10에서 필터링된 데이터를 보여주는 화면이고, 도 12는 정상적인 데이터를 활용하여 예측 데이터를 추정한 화면이다.
도 11에서와 같이, 회귀 방정식을 이용하여 비정상적인 데이터를 필터링한다. 여기서 파란색 부분이 정상적인 데이터이고 빨간색은 비정상적인 데이터를 나타내고 있다.
또한, 도 12에서와 같이, 정상적인 데이터를 활용하여 예측 데이터를 추정한다.
사용자는 실운전기간 동안 이 태양광 발전부(110)의 발전유지율을 알아보기 위해 이 효율 산출부(135)에 특정 실데이터에 포함된 특정 경사면 일사량 및 특정 모듈 온도를 입력할 수 있다. 그러면, 이 효율 산출부(135)는 이 특정 경사면 일사량 및 특정 모듈 온도를 상술된 회귀방정식에 대입하여 기준전력을 산출한다. 그리고, 이 특정 경사면 일사량 및 특정 모듈 온도에 의해 실제로 태양광 발전부(110)부터 발전된 실전력을 산출한다. 그리고, 이 산출된 기준전력과 실전력을 다음과 같은 수학식 7에 대입하여 이 태양광 발전부의 발전유지율을 산출한다.
Figure pat00007
여기서, 상기 발전유지율은 태양광 발전부가 발전해야할 기준전력대비 실제 발전되고 있는 실전력의 비율로서, 시스템의 효율이 얼마나 잘 유지되고 있는지를 나타내는 지표이다. 시스템의 효율이 저하될수록 이 발전유지율도 감소하게 된다.
본 발명에 따른 효율 산출부(135)는 이 발전유지율을 주기적으로 산출함으로써 시스템의 효율을 진단하고, 이 발전유지율이 일정 값 이하로 떨어질 경우 고장으로 판단하고 이를 사용자에게 알릴 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 태양광 발전부(110)들이 최초 설치된 장소의 모든 제반 사항이 고려되어 시스템 모델이 구축되므로, 각 장소에 가장 최적화된 시스템 모델이 구축될 수 있다. 예를 들어, A장소와 B장소에 동일한 태양광 발전부 및 인버터를 설치한다고 하더라도 그 장소의 특성에 따라 태양광 발전부와 인버터간을 연결하는 전력선이 더 길어지거나 짧아지게 되어 실제 출력되는 전력에 편차가 발생할 수 있다.
본 발명에서는 예측 발전량을 산출하는 동안 이러한 장소에 의해 발생되는 전력의 편차가 모두 고려되므로, 각 장소에 가장 최적화된 시스템 모델이 설정될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 태양광 발전부를 주기적으로 시험운전하여 예측 발전량을 계속적으로 보정할 수 있다. 즉, 계절마다 일사량(수평면 일사량 및 경사면 일사량) 및 온도(외기 온도 및 모듈 온도)의 차이가 있으므로, 이를 고려하여 매 계절마다 태양광 발전부를 초기화하고 시험운전하여 해당 계절에 가장 최적화된 예측 발전량을 구축할 수 있다. 즉, 매 계절마다 서로 다른 상수들을 갖는 회귀방정식이 생성될 수 있다.
도 13은 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 방법은 도 13에 도시된 바와 같이, 태양광 발전부가 설치된 장소에 대한 경사면 일사량, 모듈 온도 및 발전효율 데이터를 수집한다(S110).
이어서, 상기 각 수집된 데이터를 근거로 설치된 태양광 발전부의 예측 발전량을 산출한다(S120).
여기서, 상기 예측 발전량은 경사면 일사량들, 다수의 모듈 온도들 및 다수의 총전력들에 대한 예측 데이터들을 생성하고, 이 생성된 예측 데이터들을 근거로 하여 상기 예측 발전량을 산출한다.
이어서, 상기 예측 발전량과 상기 태양광 발전부로부터 발전되는 실제 발전량을 비교하여 발전유지율을 산출한다(S130).
여기서, 특정 실데이터에 포함된 특정 경사면 일사량 및 특정 모듈 온도를 이 회귀방정식에 대입하여 예측 발전량을 산출하고, 이 산출된 예측 발전량과 상기 실제 발전된 발전량을 서로 비교하여 상기 태양광 발전부의 발전유지율을 산출한다.
그리고, 상기 산출된 발전유지율을 분석하여 예측 발전량과 실제 발전량간에 ±20%의 차이가 발생할 경우에는 관리자를 이를 통보한다(S140).
따라서 본 발명에 의한 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치 및 방법은 일사량과 온도가 태양광 발전을 하기에 최적의 데이터 값을 가지고 있는데도 발전량이 원하는 만큼 올라가지 않을 때 태양광 발전부, 인버터, 접속반의 적어도 어느 한 곳에 이상이 있다는 것을 진단하여 보다 신속하게 처리함으로써 발전 효율을 한층더 향상시킬 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110 : 태양광 발전부 120 : 태양광 발전 측정부
130 : 태양광 발전 진단부 140 : 태양광 발전 모니터링부

Claims (9)

  1. 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력하는 태양전지모듈을 포함하여 이루어진 다수의 태양광 발전부와,
    상기 각 태양광 발전부에 설치되어 대기온도 및 태양전지모듈 온도, 수평면 일사량 및 경사면 일사량, 발전량을 측정하는 태양광 발전 측정부와,
    상기 태양광 발전 측정부에서 측정된 각종 정보를 근거로 상기 태양광 발전부의 발전량을 예측함과 더불어 실제 발전량을 비교하여 상기 태양광 발전부의 발전 유지율을 산출하는 태양광 발전 진단부와,
    상기 태양광 발전 진단부에서 진단된 각종 정보를 네트워크를 통해 전달받아 발전현황, 감시, 진단, 분석, 보고서를 모니터링하는 태양광 발전 모니터링부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 태양광 발전 측정부는
    대기온도 및 모듈온도를 측정하는 온도 측정부와,
    상기 태양광 발전부에 설치되어 수평 일사량과 경사 일사량을 측정하는 일사량 측정부와,
    상기 태양광 발전부의 발전량을 측정하는 발전량 측정부와,
    상기 태양광 발전부의 태양전지모듈위에 쌓여진 눈이나 낙엽과 함께 주위를 감시하는 카메라부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 태양광 발전 진단부는
    상기 경사면 일사량, 다수의 모듈 온도들 및 다수의 총전력들에 대한 발전량을 근거로 발전량을 예측하는 발전량 예측부와,
    상기 발전량 예측부들로부터의 예측 발전량들에 근거하여, 경사면 일사량 및 모듈 온도와 총전력에 대한 관계를 정의하는 회귀방정식을 생성하는 관계식 생성부와,
    학습 알고리즘을 통해 회귀 방정식에 포함된 다수의 상수들 각각에 대한 값을 구하는 상수 추출부와,
    상기 다수의 경사면 일사량, 다수의 모듈 온도 및 다수의 총전력에 대한 실데이터들을 생성하는 실제 발전량 생성부와,
    상기 실제 발전량 생성부로부터 어느 하나의 특정 실데이터에 포함된 총전력에 대한 양을 상기 실전력으로 정의하는 효율 산출부를 포함하여 구성되는 것을 ㅌ특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 태양광 발전 모니터링부는 발전현황, 발전감시, 발전진단, 분석, 보고서, 설정의 목록이 디스플레이되고, 관리자는 필요에 따라 각 목록을 클릭하여 상기 태양광 발전부의 발전현황을 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 태양광 발전 모니터링부는
    상기 태양광 발전부가 설치된 현장별 전일 발전전력 및 현재발전전력, 수평 및 경사 일사량, 대기 및 모듈 온도를 디스플레이하는 발전 현황부와,
    상기 태양광 발전부의 발전효율, 현재발전전력, 발전효율 추이를 각각 디스플레이하는 발전효율 표시부와,
    상기 태양광 발전부가 설치된 현장별 발전효율을 각각 디스플레이하는 현장별 현황부와,
    상기 각 태양광 발전부의 시설용량, 발전량, 발전금액을 각각 디스플레이하는 발전 집계부와,
    상기 각 태양광 발전부의 발전량 및 유지 관리 상태를 근거로 랭킹을 표시하는 랭킹 표시부와,
    상기 각 태양광 발전부의 발전 시간, 최대 발전 시간, 일평균 전력량, 전력량 합계를 디스플레이하는 발전시간 추이부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 발전 현황부는 상기 태양광 발전 측정부로부터 측정된 각종 정보를 통신 네트워크를 통해 전달받아 관리자가 쉽게 파악할 수 있도록 전일 발전량과 현재 발전량을 비교하여 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 발전 집계부는 각 현장에 설치된 태양광 발전부의 시설용량을 디스플레이함과 더불어 발전량과 발전금액을 일, 월, 년으로 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 랭킹 표시부는 일주일 간격으로 발전시간, 긴급경보 경보수, 경보유지 시간을 산출하여 각 현장별로 금, 은, 동과 같이 랭킹을 부여하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 발전진단 장치.
  9. 태양광 발전부가 설치된 장소에 대한 경사면 일사량, 모듈 온도 및 발전효율 데이터를 수집하는 단계;
    상기 각 수집된 데이터를 근거로 설치된 태양광 발전부의 예측 발전량을 산출하는 단계;
    상기 예측 발전량과 상기 태양광 발전부로부터 발전되는 실제 발전량을 비교하여 발전유지율을 산출하는 단계;
    상기 산출된 발전유지율을 분석하여 예측 발전량과 실제 발전량간에 ±20%의 차이가 발생할 경우에는 관리자를 이를 통보하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 발전진단 방법.
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