KR20160064356A - 태양광 발전 모듈 또는 목업의 성능을 측정하는 성능 측정기 - Google Patents

태양광 발전 모듈 또는 목업의 성능을 측정하는 성능 측정기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 태양광 발전 모듈을 연결한 목업(Mock-up)의 성능을 측정하는 성능 측정기에 있어서, 상기 목업에 에너지를 가해주는 에너지 조사부 및 상기 에너지에 의해 상기 목업에 생성되는 변화를 측정하는 측정부를 포함하는 성능 측정기를 제공한다.
본 발명에 따르면, 실제와 같은 상황에서 에너지 유입에 따른 태양광 발전 모듈 내부의 상태 변화를 측정할 수 있다.

Description

태양광 발전 모듈 또는 목업의 성능을 측정하는 성능 측정기{Performance Meter for Measuring the Performance of a Photovoltaic Module or Photovoltaic Mock-up}
본 발명은 태양광 발전 모듈 또는 목업의 성능을 측정하는 성능 측정기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광 발전 모듈에 가해지는 에너지의 양에 따른 성능 저하를 측정하기 위하여, 태양광 발전 모듈로 구성된 목업(Mock-up)에 에너지를 공급하고 목업의 상태 및 성능을 측정할 수 있는 태양광 발전 모듈 또는 목업의 성능을 측정하는 성능 측정기에 관한 것이다.
최근, 건물은 고층화되고 대형화되고 있으며, 건물의 외관을 미려하게 하기 위하여, 유리를 외벽 대신 사용하는 커튼월(curtain wall)을 사용하는 경우가 늘어났다. 이러한 커튼월은 일반적으로 콘크리트 건물에 비하여 단열성이 떨어지므로, 냉난방을 위하여 높은 에너지가 소모된다. 따라서, 이를 해결하기 위하여 한국공개특허 10-2013-0126098호와 같은 기술이 개발되고 있다. 한국공개특허 10-2013-0126098호는 커튼월 내부에 일종의 온실이 형성되는 효과를 이용하여 가열된 공기를 건물 안쪽과 밖으로 유도하는 기술이다.
한편, 전자기술의 발달과 신재생에너지 기술의 발달로, 전술한 커튼월의 내부에 태양광 발전 모듈을 삽입하여 추가적인 에너지를 생산하는 기술이 개발되었다. 이러한 커튼월을 BIPV(Building Integrated Photovoltaic System)이라고 한다. BIPV를 적용한 건물에서는 태양광 발전 모듈의 온도가 높아지면 25℃에서 1도당 0.2~0.5%씩 에너지 발전 효율이 떨어지며, 가열시 전자장비의 내구성이 낮아진다는 문제가 있다. 따라서 커튼월의 내부에 가열된 기체를 외부로 배출하는 성능이나, 커튼월에 열 또는 빛이 가해질 때 내부 온도 또는 발전 성능을 측정하는 기술이 필요하다.
도 1은 한국공개특허10-2013-0108560호에서 개시된 유로가 구비된 태양광 발전 모듈의 단면도이다.
태양광 발전 모듈(100) 내부에 있는 발전 장치(110)는 빛을 직접 흡수하여 전기를 생산한다. 따라서 이 과정에서 많은 열이 발생한다. 일반적인 태양광 발전 모듈(100)은 밀폐되어 있으므로 내부의 공기가 높은 온도로 가열되므로 이를 벽면 외부 또는 내부로 대류 시켜서 태양광 발전 모듈(100) 내부의 온도를 낮출 수 있다.
도 2는 태양광 발전 모듈로 구성된 목업의 정면도이다.
태양광 발전 모듈(100) 개개의 성능을 평가하기 위한 방법으로 시험실에서 각 모듈을 측정하는 것이 일반적이지만, 태양광 발전 모듈(100)이 실제로 BIPV로 형성되었을 때 태양광 발전 모듈(100) 간 결합부위, 커튼월 상 태양광 발전 모듈(100)의 위치에 따른 차이는 각 모듈 시험으로 측정할 수 없다. 따라서 다수의 태양광 발전 모듈(100)을 결합하여 실제 커튼월과 같은 목업(200: Mock-up)을 제작하고 이를 시험하는 방법이 사용되고 있다.
그러나 이러한 목업(200)을 활용하여 전기적인 내구성, 열에 대한 기계적 내구성을 측정하는 기법은 개발되었으나, 목업(200)에서 외부 조건에 따른 태양광 발전 모듈(100)의 상태를 정량적으로 분석할 수 있는 기술은 아직 개발되지 않고 있다.
또한, 목업(200)의 경우 외부 요인을 제대로 제어하기 어려우므로 실제와 같은 실험이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 목업에서 빛 또는 열의 조사량(照射量)에 따른 상태변화를 측정할 수 있는 태양광 발전 모듈 또는 목업의 성능을 측정하는 성능 측정기를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 유체를 이용하여 자체를 냉각하는 태양광 발전 모듈의 냉각 성능을 측정할 수 있는 태양광 발전 모듈 또는 목업의 성능을 측정하는 성능 측정기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 태양광 발전 모듈을 연결한 목업의 성능을 측정하는 성능 측정기에 있어서, 상기 목업에 에너지를 가해주는 에너지 조사부;및 상기 에너지에 의해 상기 목업에 생성되는 변화를 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 측정기를 제공한다.
여기서, 상기 목업은 내부로 유체가 드나드는 유로가 구비되고, 상기 측정부는 상기 유체의 속도를 측정할 수 있다.
여기서, 상기 에너지 조사부는 빛을 가해줄 수 있다.
여기서, 상기 에너지 조사부는 상기 빛의 방향을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 측정부는 상기 태양광 발전 모듈의 내부 온도를 측정할 수 있다.
여기서, 상기 측정부는 상기 태양광 발전 모듈의 발전량을 측정할 수 있다.
여기서, 상기 에너지 조사부는 열을 가해줄 수 있다.
여기서, 상기 측정부는 상기 목업의 전면에서 임계온도 이상을 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 유체를 이용하여 자체를 냉각하는 태양광 발전 모듈에 에너지를 가해주는 에너지 조사부 및 상기 유체의 속도를 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 측정기를 제공한다.
여기서, 상기 에너지 조사부는 빛 또는 열을 가할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 유체를 이용하여 자체를 냉각하는 태양광 발전 모듈의 성능을 측정하는 성능 측정기에 있어서, 상기 태양광 발전 모듈에 유입되는 상기 유체의 유압을 측정하는 유압측정기 및 상기 유체가 토출되는 속도를 측정하는 유속 측정기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 측정기를 제공한다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 열 또는 빛을 가해주는 에너지 조사부의 조사각을 변경함으로써, 태양광 발전 모듈에 가해주는 에너지 양을 변화시키면서 태양광 발전 모듈의 상태를 측정하는 효과가 있다.
또한, 모듈 내를 드나드는 유체의 속도 또는 유량을 측정함으로써, 모듈의 냉각속도를 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 유로가 구비된 태양광 발전 모듈의 단면도이다.
도 2는 태양광 발전 모듈로 구성된 목업의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 성능 측정기의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 조사부의 사시도 및 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정부를 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 모듈을 통과하는 유체의 유압 및 유속을 측정하는 성능 측정장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
앞서 설명한 바와 같이 태양광 발전 모듈(100)은 온실효과로 내부의 전자장비가 가열되는 경향이 있다. 따라서, 태양광 발전 모듈(100)로 제작한 목업(200)의 외부에서 열 또는 빛을 가해주고 태양광 발전 모듈(100)의 성능인 발전량, 유체의 속도, 태양광 발전 모듈(100) 내부 온도를 측정하여 열 또는 빛이 태양광 발전 모듈(100)에 미치는 악영향을 평가하고 이러한 악영향에 대한 내성을 측정할 수 있다.
다른 한편으로 유체로 자체를 냉각하는 태양광 발전 모듈(100)의 냉각 성능을 측정하는 성능 측정기에 있어서, 유체가 유입되는 부분의 압력과 실제로 토출되는 유체의 속도를 측정하여 유체의 순환 효율을 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 성능 측정기의 구성도이다.
목업(200)의 성능 측정기는 에너지 조사부(310) 및 측정부(320)를 포함한다.
에너지 조사부(310)는 목업(200)으로 에너지를 가한다. 이때 에너지는 빛일 수 있으며, 빛인 경우 에너지 조사부(310)에 포함된 제어부로 조사 방향을 제어할 수 있다.
에너지 조사부(310)가 가해주는 에너지는 열일 수도 있다. 어느 쪽이든 목업(200)을 향해 에너지를 제공한다.
측정부(320)는 목업(200)의 상태와 관련된 정보를 수집한다. 목업(200)은 자체를 냉각하기 위해 내부로 유체가 드나드는 유로(210)를 구비한 것일 수 있다. 목업(200)이 유로(210)를 구비했다면, 측정부(320)가 상기 유로(210)를 드나드는 유체의 속도나 유량을 측정할 수 있다.
측정부(320)는 목업(200)을 구성하는 태양광 발전 모듈(100)의 내부온도를 측정할 수 있으며, 태양광 발전 모듈(100) 개개의 발전량을 측정할 수 있다.
측정부(320)는 목업(200)의 전면에서 임계온도를 넘어선 부분이 있는지 확인하고 임계온도가 넘어선 부분이 있을 경우 이를 확인할 수 있다. 이때 측정부(320)는 적외선 카메라일 수 있으며, 이 적외선 카메라는 근적외선 카메라(Near Infrared Camera: NIRCam)를 포함할 수 있다. 적외선 카메라로 과도하게 열이 집중되는 현상의 생성 여부나 열이 집중되는 부분을 측정할 수 있다. 임계온도는 태양광 발전 모듈(100)의 내부 기기의 성능을 저하하거나 파손할 만큼 높은 온도로 정할 수 있다.
여기서 목업(200)은 반드시 다수의 태양광 발전 모듈(100)이 결합된 형태일 필요는 없다. 예컨대 단일한 태양광 발전 모듈(100)에 대하여 에너지를 가해주는 에너지 조사부(310) 및 유체의 속도를 측정하는 측정부(320)를 구비하여 태양광 모듈을 냉각시키기 위한 유로(210)를 구비한 태양광 모듈의 냉각 성능을 측정할 수 있다. 이때 에너지는 열 또는 빛 일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 조사부의 사시도 및 개념도이다.
에너지 조사부(310)는 목업(200)의 전면에 밀착하여 빛 또는 열을 조사한다. 목업(200)의 경우 크기 때문에 일반적으로 실외에 설치된다. 따라서 계절, 외풍의 영향을 많이 받는다. 에너지 조사부(310)는 에너지를 직접 조사하는 하나 이상의 조사기(420)를 포함한다. 이때 외적인 영향을 가능한 피하기 위하여 목업(200)과 에너지 조사부(310) 사이의 공간을 밀폐시키는 단열벽(440)을 더 포함할 수 있다. 단열벽은 에너지 조사부(310)와 목업(200)사이의 공간의 주변을 막는 형태로 구비되어 공간 내부에 존재하는 공기의 이탈이나 공간에서 복사열이 방사되는 것을 막는다.
조사기(420)는 열선 또는 발광체일 수 있다. 발광체의 경우 조사 방향이 특정된다. 에너지 조사부(310)는 실제 태양이 하루동안 목업(200)을 비추는 일조각과 입사각을 일치시키기 위하여 매 시각마다 기설정된 입사각이 되도록 발광체인 조사기(420)를 회전시킬 수 있다. 또한 이 회전을 제어하기 위하여 각각의 조사기(420)의 회전각을 결정하는 제어부(430)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피측정 대상인 목업과 측정부를 나타낸 구성도이다.
목업(200)은 다수의 태양광 발전 모듈(100)이 집적되어 구성된다. 목업(200)에 대한 테스트를 수행할 경우 각각의 태양광 발전 모듈(100)의 상태는 위치에 따라 서로 다를 수 있으며, 이 상태에 대한 정보를 각각 수집할 경우 위치에 따른 차이를 정량적으로 분석할 수 있다.
따라서 (a)에서와 같이 목업(200)의 위치별로 각각 다른 번호를 붙이고 (b)와 같이 이 번호에 해당하는 태양광 발전 모듈(100)의 상태에 대한 정보를 각각 수집할 수 있다. 태양광 발전 모듈(100)의 상태에 대한 정보는 온도, 전류-전압(발전량)일 수 있으며, 목업(200)이 내부에 유체를 통과시킬 수 있는 유로(210)를 구비한다면 유량일 수 있다.
측정부(320)가 목업(200)의 위치별 온도를 측정할 때 적외선이나 근적외선 카메라로 촬상된 영상을 이용할 수 있다. 적외선 카메라는 같은 외관일지라도 온도에 따라 다른 영상을 촬상하므로 온도를 알 수 있다. 또한, 근적외선 카메라는 거울 너머의 물체도 온도에 따라 달라지는 영상을 촬상할 수 있다. 따라서 근적외선 카메라로부터 주기적으로 촬상영상을 수신받아서 임계온도보다 높은 상태에 있는 위치를 선별할 수 있다. 이러한 방법으로 목업(200)의 전자기기에 손상이 일어날 정도로 높은 온도에 도달하는 부분을 확인할 수 있다.
(b)에 해당하는 측정기가 전류-전압 측정기(510)인 경우 각각의 태양광 발전 모듈(100)과 전류-전압 측정기(510)는 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있으며, 외부적인 충격이나 고열로 태양광 발전 모듈(100)이 단락될 수 있으므로 펄스 전력으로 측정기의 손상을 막을 수 있도록 누전 차단기(520)를 구비할 수 있다.
목업(200)의 각 태양광 발전 모듈(100)은 스위치(530)를 거쳐서 전류-전압 측정기(510)에 연결되어 시분할적 스위칭을 통해 각각의 태양광 발전 모듈(100)의 전류-전압을 번갈아가며 측정하는 방법으로 거의 동시에 다수의 태양광 발전 모듈(100)의 전류와 전압을 측정할 수 있다.
지금까지 성능 측정장치는 외부에서 에너지를 가해주고, 태양광 발전 모듈(100) 또는 목업(200)의 변화를 측정하는 방법으로 성능을 측정하였다. 이때, 태양광 발전 모듈(100) 또는 목업(200)은 유체를 이용하여 자체를 냉각하는 것일 수 있었으며, 이런 태양광 발전 모듈(100) 또는 목업(200)을 측정할 경우 내부를 통과하는 유체의 속도 또는 유압을 측정할 수 있었다.
도 6을 참조하여 또 다른 실시예로서 성능 측정장치를 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 모듈을 통과하는 유체의 유압 및 유속을 측정하는 성능 측정장치의 구성도이다. 성능 측정장치는 유체를 이용하여 자체를 냉각하는 태양광 발전 모듈(100)에서 내부에 유체를 이동시키는 힘이 생성되었을 때 얼마나 손쉽게 유체가 이동할 수 있는가를 측정할 수 있다.
본 실시예로서 성능 측정장치는 유압 측정기와 유속 측정기를 포함한다.
유압 측정기(610)는 가압기와 함께 연결되어 태양광 발전 모듈(100)의 유체 유입구에 유입되는 유압을 측정한다.
유속 측정기(620)는 유체가 토출되는 속도를 측정한다.
이를 통해 대류 또는 펌프로 유체를 순환시키는 힘이 생성되었을 때 얼마나 손쉽게 유체가 통과하여 태양광 발전 모듈(100)을 냉각시킬 수 있는 냉각성능이 있는지 측정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 사상적 범주에 속한다.
100: 태양광 발전 모듈 110: 발전 장치
200: 목업 210: 유로
310: 에너지 조사부 320: 측정부
420: 조사기 430: 제어부
440: 단열벽 510: 전류-전압 측정기
520: 누전 차단기 610: 유압 측정기
620: 유속 측정기

Claims (15)

  1. 태양광 발전 모듈을 연결한 목업(Mock-up)의 성능을 측정하는 성능 측정기에 있어서,
    상기 목업에 에너지를 가해주는 에너지 조사부; 및
    상기 에너지에 의해 상기 목업의 내부 상태를 측정하는 측정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 목업의 성능 측정기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 목업은 내부로 유체가 드나드는 유로가 구비되고, 상기 측정부는 상기 유체의 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 목업의 성능 측정기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 조사부는 빛을 가해주는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 목업의 성능 측정기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에너지 조사부는 상기 빛의 방향을 제어하는 제어부를 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 발전 목업의 성능 측정기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 빛의 방향이 실제 태양이 하루 동안 상기 목업을 비추는 일조각과 동일한 각으로 빛이 비추도록 빛의 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 목업의 성능 측정기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 태양광 발전 모듈의 내부 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 목업의 성능 측정기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 태양광 발전 모듈의 발전량을 측정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 목업의 성능 측정기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 태양광 발전 모듈 각각의 발전량을 시분할적 스위칭을 통해 동시에 측정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 목업의 성능 측정기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 조사부는 열을 가해주는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 목업의 성능 측정기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 목업의 전면에서 임계온도 이상을 측정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 목업의 성능 측정기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 임계온도는 상기 태양광 발전 모듈의 내부기기의 성능을 저하하거나 파손하는 온도인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 목업의 성능 측정기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 조사부는 상기 목업과의 사이의 공간을 밀폐시키기 위하여 주변을 막는 단열벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 목업의 성능 측정기.
  13. 유체를 이용하여 자체를 냉각하는 태양광 발전 모듈에 에너지를 가해주는 에너지 조사부; 및
    상기 유체의 속도를 측정하는 측정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모듈의 성능 측정기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 에너지 조사부는 빛 또는 열을 가하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모듈의 성능 측정기.
  15. 유체를 이용하여 자체를 냉각하는 태양광 발전 모듈의 성능을 측정하는 태양광 발전 모듈의 성능 측정기에 있어서,
    상기 태양광 발전 모듈에 유입되는 상기 유체의 유압을 측정하는 유압측정기; 및
    상기 유체가 토출되는 속도를 측정하는 유속 측정기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 모듈의 성능 측정기.


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