KR20160089075A - 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치 및 태양전지모듈 고장진단 방법 - Google Patents
태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치 및 태양전지모듈 고장진단 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 태양전지모듈의 표면온도와 정션박스 내부 온도를 검출하여 상대 비교하는 것에 의해 태양전지모듈의 전체 고장과 함께 부분 고장을 진단할 수 있도록 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치 및 태양전지모듈 고장진단 방법에 관한 것으로,
상기 태양전지장치는, 태양전지셀들의 배열로 구성된 다수의 태양전지판들이 격자상으로 배치되어 형성되는 태양전지모듈; 상기 태양전지모듈에서 생성된 전원을 출력하도록 상기 태양전지모듈에 접속되는 정션박스; 상기 정션박스의 내부 온도와 상기 태양전지모듈의 표면 온도를 검출하는 온도센서부; 및 상기 온도센서부에서 검출된 상기 정션박스 내부 온도를 수신하여 상기 태양전지모듈의 부분고장을 판단하고, 상기 온도센서부에서 검출된 상기 태양전지모듈 표면 온도를 수신하여 상기 태양전지모듈의 전체 고장을 판단하는 고장진단부;를 포함하여 구성되어,
태양전지모듈들의 표면온도들을 검출하여 상대 비교하는 것에 의해 태양전지모듈의 전체 고장을 진단할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 태양전지모듈들에 장착되는 정션박스들의 내부 온도를 상태 비교하는 것에 의해 종래기술에서 진단할 수 없었던 태양전지모듈의 부분 고장을 용이하게 진단할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
상기 태양전지장치는, 태양전지셀들의 배열로 구성된 다수의 태양전지판들이 격자상으로 배치되어 형성되는 태양전지모듈; 상기 태양전지모듈에서 생성된 전원을 출력하도록 상기 태양전지모듈에 접속되는 정션박스; 상기 정션박스의 내부 온도와 상기 태양전지모듈의 표면 온도를 검출하는 온도센서부; 및 상기 온도센서부에서 검출된 상기 정션박스 내부 온도를 수신하여 상기 태양전지모듈의 부분고장을 판단하고, 상기 온도센서부에서 검출된 상기 태양전지모듈 표면 온도를 수신하여 상기 태양전지모듈의 전체 고장을 판단하는 고장진단부;를 포함하여 구성되어,
태양전지모듈들의 표면온도들을 검출하여 상대 비교하는 것에 의해 태양전지모듈의 전체 고장을 진단할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 태양전지모듈들에 장착되는 정션박스들의 내부 온도를 상태 비교하는 것에 의해 종래기술에서 진단할 수 없었던 태양전지모듈의 부분 고장을 용이하게 진단할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
Description
본 발명은 태양광 발전을 수행하는 태양전지모듈의 고장 진단을 전압 및 전류의 검출이 아닌 발열 정보를 이용하여 수행할 수 있도록 하는 것으로, 더욱 상세하게는, 태양전지모듈의 표면온도와 정션박스 내부 온도를 검출하여 상대 비교하는 것에 의해 태양전지모듈의 전체 고장과 함께 부분 고장을 진단할 수 있도록 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치 및 태양전지모듈 고장진단 방법에 관한 것이다.
근래의 화석연료의 부족 및 과도한 화석연료 사용으로 인한 이산화탄소 발생에 의한 온실 효과의 문제의 심각성 제기 등으로 대체 에너지 개발이 활발하게 수행되어 왔다. 이러한 대체에너지의 대표적인 예로는 자연 에너지로서의 풍력, 파력, 태양에너지를 이용하는 발전을 들 수 있다.
이 중 태양에너지를 이용한 발전은, 최근 들어 신재생에너지 보급정책 및 태양전지 셀 가격하락 등의 영향으로 경쟁력을 확보하고 있으며 지속적으로 보급이 확대되고 있다.
도 1은 대한민국 공개특허공보 제 10- 2000- 2864호, 대한민국 공개특허공보 제 10-2008-11979호에 개시된 종래기술의 태양에너지를 이용한 발전 시스템의 예로서, 도 1과 같이, 셀 형태의 태양전지모듈(a1~an.....d1~dn....)이 다수개로 형성된 태양전지모듈을 하나의 그룹(a,....,d,.....,e,....)으로 지정하고, 해당 그룹마다 통신장치(4)를 구비하여, 상기 통신 장치(4)를 이용하여 원거리의 중앙서버(5)가 태양전지모듈에 대한 제어, 관리 및 감시를 수행할 수 있도록 하였다.
그러나 태양전지모듈의 고장(단락, 개방(단선) 등...)은 육안으로 확인하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라 시스템 초기에는 고장이 거의 발생하지 않는다. 그리고 인버터 단에서 스트링별로 전압, 전류, 전력을 모니터링하고 있으나, 일부 셀이 동작하지 않을 경우 바이패스다이오드 동작으로 시스템 고장여부가 쉽게 판단되지 않는다.
이러한 태양전지모듈의 고장 진단의 문제점을 해결하기 위한 태양전지모듈의 고장 진단을 위한 종래기술의 예로서, 도 2는 대한민국 등록특허공보 제 10-0919065호에 개시된 종래기술의 태양전지모듈의 원격 고장 진단 기능을 구비한 개별관리가 가능한 태양광 발전장치(50)를 나타내는 도면이다.
도 2의 태양광 발전장치(50)는, 전지모듈(10)이 다수가 배치되는 전지모듈조(20)와 전지모듈조(20)와 통신을 수행하는 관리서버(30)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 전지모듈(10)은 내부에 태양전지셀 어레이, 통신부, 전압감시부, 제어부, 전원부 및 충전부를 포함하여 구성된다. 상술한 구성의 전지모듈(10)은 통신부를 통해 인접된 전지모듈(10)들과 통신을 수행하도록 구성되어, 인접된 전지모듈(10)이 고장 난 경우, 고장 난 전지모듈(10)을 건너 띄어 다음 전지모듈로 자신의 작동상태와 고장 난 전지모듈의 작동상태를 동시에 전송하는 것을 순차적으로 수행한 후, 최 일측의 전지모듈이 일정시간 간격으로 각각의 전지모듈의 작동 상태를 관리서버(30)로 전송하도록 구성된다. 상술한 구성을 가지는 도 2의 태양광 발전장치(50)는 충전부의 전원으로 구동되는 전압감지부가 태양전지셀 어레이에서 발생되는 전기 에너지의 전압을 감지하여, 감지된 전압이 일정 기준 값의 범위를 벗어나는 경우, 고장으로 판단하여 인접된 전지모듈(10)로 고장신호를 전송하며, 전송된 신호는 관리서버(30)로 전송되어, 수작업의 개별적인 확인 절차 없이 고장 난 전지모듈을 용이하게 확인할 수 있도록 한다.
그러나 도 2와 같이, 전지모듈별로 전압, 전류 등을 측정할 경우 고장여부를 판단하기는 쉬우나 초기 투자비가 많이 소요되는 문제점이 있으며, 소비자의 입장에서는 이러한 고장진단 기능을 가지는 태양광 발전시스템을 선호하지 않게 되므로, 상업성 및 대체에너지 생산 측면의 효율성이 저하되는 문제점을 가진다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제 10-0970280호에는 태양전지모듈에 트래킹검출부, 전력생산량 검출부, 온도검출부, 로컬제어부 및 통신부를 설치하여, 온도검출부에서 검출된 온도가 기 설정 범위를 벗어나는 경우 트래킹 오류 등으로 판단하는 태양전지모듈의 고장진단을 수행할 수 있도록 하는 태양광 발전 모니터링 시스템을 개시한다. 즉 대한민국 등록특허공보 제 10-0970280호 발명은 전지모듈이 아닌 태양전지판의 태양 추종 트래킹의 오류를 검출하는 것이다.
그러나 상술한 대한민국 등록특허공보 제 10-0970280호의 온도검출부의 온도 검출에 의한 고장 진단은 트래킹 오류 등을 검출하는 것으로서, 태양전지셀 자체의 손상 등의 고장을 검출하지 못하고 있으며, 태양전지 셀 자체의 고장 진단은 종래기술의 도 2와 같이, 전압 또는 전류 검출을 수행하는 것에 의해 이루어지게 되므로, 도 2의 종래기술에서 발생하는 문제점이 동일하게 발생하게 된다.
또한, 종래기술들의 경우, 태양전지모듈의 전체 고장은 판단할 수 있으나, 오염, 또는 태양전지모듈을 구성하는 일부 셀의 고장 등의 부분 고장은 검출하지 못하는 문제점을 가진다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양전지모듈의 표면 온도를 검출한 후 태양전지모듈들 사이의 온도 값을 상대 비교하여 태양전지모듈 전체의 고장과, 태양전지 모듈의 정션박스 내부 온도를 검출한 후 정션박스 사이의 내부 온도 값을 상대 비교하여 태양전지모듈의 부분 고장을 진단할 수 있도록 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치 및 태양전지모듈 고장진단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치는, 태양전지셀들의 배열로 구성된 다수의 태양전지판들이 격자상으로 배치되어 형성되는 태양전지모듈; 상기 태양전지모듈에서 생성된 전원을 출력하도록 상기 태양전지모듈에 접속되는 정션박스; 상기 정션박스의 내부 온도와 상기 태양전지모듈의 표면 온도를 검출하는 온도센서부; 및 상기 온도센서부에서 검출된 상기 정션박스 내부 온도를 수신하여 상기 태양전지모듈의 부분고장을 판단하고, 상기 온도센서부에서 검출된 상기 태양전지모듈 표면 온도를 수신하여 상기 태양전지모듈의 전체 고장을 판단하는 고장진단부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 온도센서부는, 상기 태양전지모듈의 표면 온도를 검출하는 표면온도센서; 상기 정션박스 내부의 온도를 검출하는 내부온도센서; 상기 표면온도센서와 내부온도센서의 온도검출 값에 상기 태양전지모듈 식별자를 부가하여 온도값 신호를 생성하는 온도값 신호생성부; 및 생성된 온도값 신호를 상기 고장진단부로 전송하는 유선 또는 무선 정션박스통신부;를 포함하여 상기 정션박스 내부에 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 고장진단부는, 상기 온도센서부와 유선통신 또는 라우터부를 경유하는 무선 통신 중 어느 하나의 통신을 수행하는 고장진단부통신부;를 구비하여, 상기 온도센서부에서 검출된 상기 정션박스들의 내부 온도를 수신하여 서로 비교하는 것에 의해 바이패스 다이오드 구동에 의해 온도가 높은 경우 태양전지모듈의 부분 고장으로 판단하고, 상기 온도센서부에서 검출된 상기 태양전지모듈들의 표면 온도를 수신하여 서로 비교한 후 다른 태양전지 모듈들과 온도가 상이한 태양전지모듈을 태양전지모듈의 전체 고장으로 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 정션박스는, 태양전지모듈의 동작 중 상기 태양전지모듈들의 전지셀열들의 버스바와 출력전원선이 접속되는 접속단자가 내장되어, 일단은 태양전지모듈의 전지셀열들에 접속되는 하나 이상의 버스바가 구비되는 버스바부; 상기 버스바들의 타단이 접속되는 접속단자부; 상기 접속단자부에 접속되어 태양전지모듈에 의해 발전된 전력을 출력하는 출력전원선부; 상기 버스바들의 사이를 연결하는 바이패스다이오드들로 구성되는 바이패스다이오드부; 및 상기 접속단자부와 바이패스다이오드들이 내장되는 케이스부;를 포함하여 구성되어, 상기 온도센서부가 내장되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 정션박스통신부는, 상기 온도값 신호를 지그비통신프로토콜을 이용하여 상기 고장진단부로 전송하도록 상기 정션박스에 착탈 가능하게 설치되는 지그비통신부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 정션박스통신부는, 상기 접속단자에 접속되어 상기 태양전지모듈에서 생성된 전원을 공급받아 구동되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 온도센서부와 상기 정션박스통신부는, 상기 정션박스 내부에서 탈장착 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양전지모듈들에는 고유의 식별자가 부여되고, 상기 온도값 신호는 태양전지모듈들의 동작 중 상기 태양전지모듈들의 표면온도와 상기 정션박스들의 내부의 온도 정보 중 하나 이상의 온도 정보와 각각의 상기 태양전지모듈의 식별자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고장진단부는, 표시 영역을 상기 태양전지모듈의 배열 위치에 대응하는 태양전지모듈 영역으로 할당한 후, 각각의 태양전지모듈 영역에 대응되는 태양전지모듈의 식별자와 고장유무를 출력하는 표시부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치의 태양전지모듈 고장진단 방법은, 태양전지모듈; 정션박스; 온도센서부; 및 고장진단부;를 구비한 태양전지장치의 태양전지모듈 고장진단 방법에 있어서, 상기 온도센서부를 이용하여 상기 태양전지모듈들의 표면 온도와 상기 정션박스들의 내부온도를 검출하는 온도검출과정; 상기 온고검출과정에서 검출된 온도 값 각각에 대하여 상기 태양전지모듈의 식별자를 포함하는 온도값 신호로 변환한 후 상기 고장진단부로 전송하는 온도값 신호 전송과정; 상기 고장진단부가 상기 온도 값 신호 중 상기 태양전지모듈들의 표면 온도 값들을 서로 비교하여 온도 값들 중 기 설정 범위를 벗어나는 다른 온도 값을 가지는 태양전지모듈을 태양전지모듈전체고장으로 판단하는 태양전지모듈전체고장진단과정; 및 상기 고장진단부가 상기 온도 값 신호 중 상기 정션박스들의 내부 온도 값들을 서로 비교하여 온도 값들 중 기 설정 범위를 벗어나는 다른 온도 값을 가지는 태양전지모듈을 태양전지모듈부분고장으로 판단하는 태양전지모듈부분고장진단과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치의 태양전지모듈 고장진단 방법은 또한, 상기 고장진단부가 상기 전체 또는 부분 고장으로 판단된 태양전지모듈을 전체 또는 부분 고장 정보와 함께 표시부에 표시하는 고장표시과정;을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 구성을 가지는 본 발명은, 태양전지모듈들의 표면온도들을 검출하여 상대 비교하는 것에 의해 태양전지모듈의 전체 고장을 진단할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 태양전지모듈들에 장착되는 정션박스들의 내부 온도를 상태 비교하는 것에 의해 종래기술에서 진단할 수 없었던 태양전지모듈의 부분 고장을 용이하게 진단할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 대한민국 공개특허공보 제10-2000-2864호, 대한민국 공개특허공보 제 10-2008-11979호에 개시된 종래기술의 태양에너지를 이용한 발전 시스템의 구성도.
도 2는 대한민국 등록특허공보 제 10-0919065호에 개시된 종래기술의 태양전지모듈의 원격 고장 진단 기능을 구비한 개별관리가 가능한 태양광 발전장치(50)를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 태양전지장치(100)의 개략적인 구성도.
도 4는 도 3의 정션박스(120)의 구성도.
도 5는 본 발명의 태양전지장치의 태양전지모듈 고장진단방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 6은 기준 온도변화(A)와 개방 시 및 단락 시의 고장판단범위(B, C)를 나타내는 태양전지모듈의 온도변화 그래프.
도 2는 대한민국 등록특허공보 제 10-0919065호에 개시된 종래기술의 태양전지모듈의 원격 고장 진단 기능을 구비한 개별관리가 가능한 태양광 발전장치(50)를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 태양전지장치(100)의 개략적인 구성도.
도 4는 도 3의 정션박스(120)의 구성도.
도 5는 본 발명의 태양전지장치의 태양전지모듈 고장진단방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 6은 기준 온도변화(A)와 개방 시 및 단락 시의 고장판단범위(B, C)를 나타내는 태양전지모듈의 온도변화 그래프.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
이하의 본 발명의 실시예의 설명에서 고장진단부는 관리서버(150)로, 고장진단부통신부는 관리서버통신부(140)로 하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 태양전지장치(100)의 개략적인 구성도이고, 도 4는 도 3의 정션박스(120)의 개략적인 구성도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 태양전지장치(100)는 태양전지판(111)들이 격자상의 어레이를 형성하며 배치된 태양전지모듈(110), 태양전지모듈(110)의 동작 중 내부의 온도를 검출하여 태양전지모듈의 모니터링을 위해 외부로 출력하는 정션박스(120), 상기 정션박스의 내부 온도와 상기 태양전지모듈의 표면 온도를 검출하는 온도센서부(125), 라우터부(130) 및 본 발명의 고장진단부통신부의 실시예인 관리서버통신부(140)와 표시부(160)를 포함하는 본 발명의 고장진단부의 실시예인 관리서버(150)를 포함하여 구성된다.
상기 태양전지모듈(110)은 태양전지셀이 배열되어 형성되는 태양전지셀어레이부를 가지는 다수의 태양전지판(111)이 격자 상으로 배치되는 구조를 가진다. 상술한 구조의 태양전지모듈(110)은 내부에 단일 태양전지모듈(110)의 제어를 위한 제어부와 태양 추적 기능을 가지는 경우 태양전지모듈(110)의 방향을 변경하는 구동모듈 및 전원 충전을 위한 충전지, 외부로 발전된 전력을 공급하기 위한 전원부 등을 구비할 수 있다. 또한, 상기 태양전지셀어레이부는 각각의 태양전지셀이 격자 상으로 배치되어 열별로 전기적으로 접속된다. 또한, 발전 효율의 향상을 위해 각각의 태양전지셀어레이부가 적층되어 형성될 수도 있다. 상술한 바와 같이 태양전지셀들이 배열되어 전기적으로 접속된 후 태빙머신에 의해 태빙 작업이 수행됨으로서 각각의 태양전지판(111)로 제작된다.
상기 전원부는 각각의 태양전지판(111)에서 생성된 전원을 공급 받은 후, 파형 변환, 리플 제거, 정류, 직류 변환 등 안정된 전원으로 변환하는 전원처리를 수행하여 안정화 시킨 후, 충전지 또는 외부로 전력을 공급하는 전원제어부로 출력하도록 구성된다.
상술한 구성의 태양전지판(111)들은 각각의 태양전지판(111)을 식별할 수 있도록, 도 3의 태양전지판(110)의 도면에서와 같이, 각각의 태양전지판(111)에 1, 2, 3, 4, 5.....와 같은 일련번호 또는 다른 연속적인 기호 등으로 이루어지는 식별자가 부여된다.
또한, 상술한 구성의 태양전지판(111)들로 구성되는 각각의 태양전지모듈(110)들 또한, 각각의 태양전지모듈(110)을 식별할 수 있도록 하는 도 3의 표시부(16)에서와 같이, 태양전지모듈(110) 각각에 식별자가 부여될 수 있다. 또한, 상기 온도검출부(120)가 각각의 태양전지모듈(110)에 장착되는 경우에는, 각각의 태양전지모듈(110)에 대응하여 식별할 수 있도록 1, 2, 3, 4, 5.....와 같은 일련번호 또는 다른 연속적인 기호 등으로 이루어지는 식별자가 부여된다. 상기 식별자들은 전체 태양전지모듈(110)의 제어를 위한 제어부(미 도시)의 비휘발성 메모리에 부여되거나, 각각의 태양전지판(111)에 태양전지모듈 식별자에 부가되어 저장될 수 있다.
상기 정션박스(120)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 일단은 태양전지모듈의 전지셀열들에 접속되는 하나 이상의 버스바(122a~122d)가 구비되는 버스바부(122), 상기 버스바(122a~122d)들의 타단이 접속되는 접속단자부(120P), 상기 접속단자부(120P)에 접속되어 태양전지모듈(110)에 의해 발전된 전력을 출력하는 출력전원선부(123), 상기 버스바(122a~122d)들의 사이를 연결하는 바이패스다이오드(124a~124c)들로 구성되는 바이패스다이오드부(124), 상기 접속단자부(120P) 및 바이패스다이오드부(124)가 내장되는 케이스부(C)를 포함하여 구성된다.
상기 온도센서부(125)는, 태양전지모듈(110)의 동작 중 일정 주기로 상기 케이스부(C) 내부의 동작온도를 검출하는 것에 의해 정션박스(120)의 내부 온도를 검출하는 내부온도센서(125a)와, 상기 정션박스(1200의 외부로 노출되어 태양전지모듈(110)의 표면에 부착된 상태에서, 태양전지모듈(110)의 동작 중 일정 주기로 태양전지모듈(110)의 표면온도를 검출하는 표면온도센서(125b)와, 상기 내부온도센서(125a)와 상기 표면온도센서(125b)에서 검출된 온도 값을 온도값 신호로 변환한 후 외부의 고장진단부의 실시예인 관리서버(150)로 출력하는 정션박스통신부(126)를 포함하여, 태양전지모듈(110)의 동작 중 상기 태양전지모듈(110)의 표면온도와 상기 정션박스(120)의 내부온도를 검출하여 온도값 신호를 생성한 후 고장진단부의 실시예인 관리서버(150)로 전송하도록 구성된다.
상기 구성에서 상기 온도센서(125a, 125b)들은 온도센서라인부(129)를 통해 정션박스통신부(126)와 접속된다.
상기 구성 중 상기 정션박스통신부(126)는 상기 온도센서(125a, 125b)들에서 검출된 태양전지모듈의 표면온도값과 정션박스 내부의 온도 값에 정션박스(120)가 접속되는 태양전지모듈(110)의 식별자를 부가하여 온도값 신호를 생성한 후 유선 또는 무선 방식으로 관리서버(150)로 전송하도록 구성된다. 즉, 상기 온도센서(125a, 125b)들은 온도값 신호를 유선 방식으로 관리서버(150)로 전송하는 써모커플 또는 무선 방식의 지그비통신 방식에 의해 라우터부(130)를 경유하여 관리서버(150)로 전송하는 무선 서모스탯 등으로 구현될 수 있다. 상기 온도센서(125a, 125b)들은 광스펙트럼분석에 의한 온도 측정센서, 열전센서 등이 적용될 수도 있다.
상술한 구성의 정션박스통신부(126)는 구동전원선부(128)에 의해 태양전지모듈(110)에서 생성된 전원을 공급받아 공급되도록 구성된다.
따라서 상기 정션박스통신부(126)는 태양전지모듈(110)에서 생성된 불안전한 직류전원을 안정된 직류전원으로 안정화시킨 후 적정 전압으로 변환하여 공급하는 전력변환부와 온도값 신호의 전송을 위한 통신 프로토콜을 내장하는 통신부 및 외부와의 무선 통신을 위한 안테나(127)를 구비한 통신보드로 구성된다.
또한, 상술한 구성의 온도센서(125a, 125b)들과 정션박스통신부(126)를 구비한 온도센서부(125)는 상기 정션박스(120)의 내부에 탈장착 가능하도록 독립적으로 구성될 수 있다. 상기 온도센서부(125)가 정션박스(120)에 탈장착 가능하게 구성되는 경우, 기 설치된 태양전지모듈에 용이하게 장착되어, 고장 진단 기능을 구비하지 않은 태양전지모듈에 용이하게 고장진단 기능을 부여할 수 있도록 한다.
상술한 구성의 온도센서부(125)에 의한 태양전지모듈(110)의 온도 변화 정보의 생성은 일정 시간을 주기로 반복적으로 수행되거나, 온도 변화 정보 송신을 위한 전력 소모를 줄이기 위해 하루 1회 측정하여 관리서버로 전송한 후 정션박스통신부(126)가 슬립모드(sleep mode)로 동작하도록 구성될 수 있으나, 일 중 일사량이 가장 많은 시기에 태양전지모듈(110)의 표면온도 및 정션박스(120)의 내부 온도를 측정하여 전송한 후 슬립모드로 동작하도록 구성되는 것이 전력소모 절감, 비용 절감 및 정확한 고장진단 측면에서 바람직하다.
상기 정션박스통신부(126)는 일반적인 RF 통신, 블루투스 등의 다양한 원거리 또는 근거리 무선통신 방식이나, 직렬 또는 병렬 통신 채널을 이용한 유선 통신을 수행하여 온도센서부(125)에서 측정된 태양전지모듈(110) 구동 중의 태양전지모듈(110)의 표면온도 및 정션박스(120) 내부 온도정보와 태양전지모듈(110)의 식별자를 포함하는 온도 값 신호를 관리서버(150)로 전송하도록 구성된다. 이때 상기 정션박스통신부(126)가 무선으로 온도값 신호를 전송하는 경우에는 무선으로 측정된 온도를 포함하는 온도값 신호를 무선으로 송출하고, 라우터부(130)가 무선 온도값 신호를 수신하여 관리서버(150)로 전송하도록 동작한다.
상기 라우터부(130)는 상기 정션박스(120)들의 온도값 신호를 무선 신호로 수신한 후, 각각의 태양전지모듈(110) 또는 태양전지판(111)의 식별자를 저장하여 발신처를 확인할 수 있도록 하고, 수신된 각각의 온도값 신호를 관리서버통신부(140)를 통해 관리서버(150)로 전송하도록 구성된다. 이때 관리서버(150)가 다수인 경우에는 각각의 태양전지모듈(110)과 이를 관리하는 관리서버(150)들의 통신을 매개한다. 이를 위해 상기 라우터부(130)는 각각의 태양전지모듈(110)의 식별자 테이블과 관리서버(150)들의 주소 테이블을 구비한다.
상기 고장진단부통신부의 실시예인 관리서버통신부(140) 또한, 일반적인 RF 통신, 블루투스 등의 다양한 원거리 또는 근거리 무선통신 방식이나, 직렬 또는 병렬 통신 채널을 이용한 유선 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 관리서버(150)는 상기 정션박스(120)들로부터 전송되는 온도값 신호를 수신한 후 기 설정 기준 온도변화와 또는 고장판단범위와 비교하여 각각의 태양전지모듈(110)들의 고장 유무를 판단하도록 구성된다.
상술한 구성을 가지는 태양전지장치(100)는 태양전지모듈(110)별로 장착된 정션박스(120)에 장착되는 온도센서부(125)에 의해 측정되어 송신된 태양전지모듈(110)의 동작 중의 태양전지모듈(110)의 표면온도와 정션박스(120) 내부온도를 이용하여 태양전지모듈(110)의 전체고장진단 또는 부분고장진단을 수행한다. 그리고 수행된 고장진단 정보는 표시부(160)의 대응되는 태양전지모듈(110)에 전체 또는 부분 고장임을 표시한다. 따라서 본 발명은 종래기술에서와 같이 태양전지모듈의 전압 또는 전류를 측정하기 위한 수단을 구비함이 없이 태양전지모듈(110)의 표면온도와 정션박스(120) 내부의 온도 정보만으로 용이하게 태양전지모듈(110)의 고장을 진단할 수 있게 된다.
상기 온도 변화의 측정은 일정 시간, 일 예로 1일 동안 또는 년간 등의 일정 주기로 또는 연속적으로 태양전지모듈(110)의 동작 중의 정션박스(120) 내부의 온도를 측정하여 연속적으로 관리서버(150)로 전송하거나, 내부의 메모리에 저장한 후 일정 시간 후에 저장된 정보를 관리서버(150)로 전송한다. 관리서버(150)는 태양전지모듈(150)들의 동작 중 일정 주기 동안의 정션박스(120) 내부의 온도변화를 산출한다. 이때 상기 온도 변화는 기준온도변화, 동작온도변화 등일 수 있다.
도 5는 본 발명의 태양전지장치의 태양전지모듈 고장진단방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양전지장치의 태양전지모듈 고장진단방법은, 태양전지모듈(110), 정션박스(120), 온도센서부(125) 및 고장진단부로서의 관리서버(150)을 구비한 태양전지장치의 태양전지모듈 고장진단 방법에 있어서, 온도검출과정(S100), 온도값 신호 전송과정(S200), 태양전지모듈전체고장진단과정(S300), 태양전지모듈부분고장진단과정(S400) 및 고장표시과정(S50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
온도검출과정(S100)은 상기 온도센서부를 이용하여 상기 태양전지모듈들의 표면 온도와 상기 정션박스들의 내부온도를 검출한다.
온도값 신호 전송과정(S200)은, 상기 온고검출과정(S100)에서 검출된 온도 값 각각에 대하여 상기 태양전지모듈의 식별자를 포함하는 온도값 신호로 변환한 후 상기 고장진단부인 관리서버(150)로 전송한다.
상기 태양전지모듈전체고장진단과정(S300)은 상기 관리서버(150)가 상기 온도 값 신호 중 상기 태양전지모듈들의 표면 온도 값들을 서로 비교하여 온도 값들 중 기 설정 범위를 벗어나는 다른 온도 값을 가지는 태양전지모듈을 태양전지모듈전체고장으로 판단한다.
상기 태양전지모듈부분고장진단과정(S400)은 상기 고장진단부인 관리서버(150)가 상기 온도 값 신호 중 상기 정션박스들의 내부 온도 값들을 서로 비교하여 온도 값들 중 기 설정 범위를 벗어나는 다른 온도 값을 가지는 태양전지모듈을 태양전지모듈부분고장으로 판단한다. 이때 태양전지모듈(110)의 부분이 고장난 경우에는 바이패스 다이오드가 구동된다. 이 경우 바이패스 다이오드의 발열에 의해 정션 박스 내부 온도가 30도 이상 증가하게 된다. 따라서 정션박스 내부 온도를 조사하는 것에 의해 태양전지모듈의 부분 고장을 진단할 수 있게 된다.
그리고 상기 고장표시과정(S500)은 상기 관리서버(150)가 상기 전체 또는 부분 고장으로 판단된 태양전지모듈을 전체 또는 부분 고장 정보와 함께 표시부에서 태양전지모듈에 대응하는 태양전지모듈 영역(161)으로 표시한다.
도 6은 기준 온도변화(A)와 개방 시 및 단락 시의 고장판단범위(B, C)를 나타내는 태양전지모듈의 온도변화 그래프이다.
도 6은, 시간별 정상 태양전지모듈 동작 중 정션박스(120) 내부의 기준 온도변화(A)와, 오동작의 하나인 개방 상태의 태양전지모듈의 동작 중 정션박스(120) 내부의 개방 상태 오동작 온도변화(B)와, 오동작의 다른 상태인 단락 상태의 태양전지모듈의 동작 중 정션박스(120) 내부의 단락 상태 오동작 온도변화(C) 및 각각의 시점에서의 외기온도변화(D)를 나타낸다.
따라서 도 6의 정보를 이용하는 경우, 정션박스 내부 온도의 검출에 의해 태양전지 모듈의 개방상태, 단락상태의 고장 진단을 수행할 수도 있게 된다.
구체적으로, 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 새벽에는 정상 상태의 태양전지모듈의 동작 중 정션박스(120) 내부의 기준 온도변화(A), 개방 또는 단락 상태의 태양전지모듈의 동작 중의 정션박스(120) 내부의 오동작 온도변화(B, C) 값은 새벽에는 거의 유사한 값을 가지나, 해 뜨는 시각에서부터 점점 온도가 상승하면서 서로 다른 값을 가지게 되어, 오후 1시 내지 2시 사이에 최대 차이를 가지게 되며, 다시 오후로 될수록 서로 비슷한 값을 가지게 된다. 즉, 수회 동안 측정된 기준 온도변화(A), 개방 또는 단락 상태의 오동작 온도변화(B, C) 값의 차이를 산출하여 고장판단범위로 설정한다. 외기온도변화(D)는 기준온도변화(A)와 개방 또는 단락 상태의 오동작 온도변화(B, C)에 비해 변화의 폭이 작아 태양전지모듈(110)의 후면 온도 측정에 의해 태양전지모듈의 고장을 진단하는 경우 외기 온도의 영향은 매우 작음을 알 수 있다.
상술한 도 6의 데이터는 정션박스(120)의 내부 온도 변화를 이용하여 태양전지모듈에 대한 다양한 진단을 수행할 수 있도록 하는 것임을 알 수 있다.
대형 태양광발전단지의 경우 종래기술에서는, 전압, 전류 등을 측정한 후 분석하는 방법으로 태양전지모듈(110) 별로 상태를 판단하였으나, 이는 초기설비투자 금액이 과도하게 소비되는 문제점 및 전압 범위에 따라서 다른 제품이 들어가는 것에 의해 측정의 정확도가 낮아지는 문제점을 가짐은 종래기술에서 설명한 바와 같다.
종래기술의 경우 대단위 발전단지에서 태양전지(약 250W, 35V-모듈1기)가 동작 중 단선 또는 단락 등의 고장이 발생할 경우 태양전지모듈에 설치되어 있는 바이패스 다이오드의 동작으로 시스템이 고장을 발견하기까지는 2요소(태양전지 셀, 바이패스다이오드 등)가 고장 났을 때 인버터 단에서 고장검출이 가능하였다. 또한, 전압전력을 측정하는 장비는 1 스트링(string) 단위로 설치된다. 개별적 모듈에 설치 시에는 초기투자비가 많이 소요되기 때문이다. 전압 측정의 경우 특정 모듈 전압별로 다양하기에 동일한 전압 센싱이 어렵다.
그러나 본 발명과 같이, 온도센싱을 통한 고장검출은, 초기 설치 시 고장판단범위가 설정되고, 온도센서와 지그비 등의 무선 통신모듈을 탑재하므로, 종래기술에 비해 가격이 낮아져 유지보수 대비 가격경쟁력을 확보할 수 있다. 또한 온도센서부는 대기전력을 저감하기 위해 슬립모드를 장착하여 1일 1회 데이터 전송을 수행하도록 하는 것에 의해 동작 전력을 줄일 수 있다. 또한 슬립모드는 설치자에 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 경우 태양전지의 온도가 -20 ~ 150 ℃의 센서를 이용하여 저가의 측정시스템의 구성이 가능하였다.
또한, 기존 태양전지 불량 유무 판단은 온도측정을 위한 적외선 측정계, 육안검사 등을 통하여 1차 확인 후 제품을 탈거하여 2차로 I-V 커브트레이서를 통하여 고장 유무를 확인할 수도 있었다. 이러한 확인 절차에서 태양전지판의 식별자, 태양전지모듈의 식별자 및 통신 유무와 이상 온도 변화를 이용하여 태양전지모듈의 전체 또는 부분 고장을 판단할 수 있었고, 별도의 유지관리에 있어서 높은 효율성이 제고되었다.
본 발명의 실시예의 설명에서 고장진단부를 관리서버(150)를 예로 들어 설명하였으나, 상기 고장진단부는 원격지의 태양전지모듈의 고장 진단을 위한 계측기기 등으로 구성될 수도 있다.
100: 태양전지장치
110: 태양전지모듈
120: 정션박스 120P: 접속단자부
C: 케이스부 122: 버스바부
123: 출력전원선부 124: 바이패스다이오드부
125: 온도센서부 125a: 내부온도센서
125b: 표면온도센서 126: 정션박스통신부
127: 안테나 128: 구동전원선부
129: 온도센서라인부 130: 라우터부
140: 관리서버통신부 150: 관리서버
160: 표시부 161: 태양전지모듈 영역
120: 정션박스 120P: 접속단자부
C: 케이스부 122: 버스바부
123: 출력전원선부 124: 바이패스다이오드부
125: 온도센서부 125a: 내부온도센서
125b: 표면온도센서 126: 정션박스통신부
127: 안테나 128: 구동전원선부
129: 온도센서라인부 130: 라우터부
140: 관리서버통신부 150: 관리서버
160: 표시부 161: 태양전지모듈 영역
Claims (10)
- 태양전지셀들의 배열로 구성된 다수의 태양전지판들이 격자상으로 배치되어 형성되는 태양전지모듈;
상기 태양전지모듈에서 생성된 전원을 출력하도록 상기 태양전지모듈에 접속되는 정션박스;
상기 정션박스의 내부 온도와 상기 태양전지모듈의 표면 온도를 검출하는 온도센서부; 및
상기 온도센서부에서 검출된 상기 정션박스 내부 온도를 수신하여 상기 태양전지모듈의 부분고장을 판단하고, 상기 온도센서부에서 검출된 상기 태양전지모듈 표면 온도를 수신하여 상기 태양전지모듈의 전체 고장을 판단하는 고장진단부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 온도센서부는,
상기 태양전지모듈의 표면 온도를 검출하는 표면온도센서;
상기 정션박스 내부의 온도를 검출하는 내부온도센서;
상기 표면온도센서와 내부온도센서의 온도검출 값에 상기 태양전지모듈 식별자를 부가하여 온도값 신호를 생성하는 온도값 신호생성부; 및
생성된 온도값 신호를 상기 고장진단부로 전송하는 유선 또는 무선 정션박스통신부;를 포함하여 상기 정션박스 내부에 장착되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 고장진단부는,
상기 온도센서부와 유선통신 또는 라우터부를 경유하는 무선 통신 중 어느 하나의 통신을 수행하는 고장진단부통신부;를 구비하여,
상기 온도센서부에서 검출된 상기 정션박스들의 내부 온도를 수신하여 서로 비교하는 것에 의해 바이패스 다이오드 구동에 의해 온도가 높은 경우 태양전지모듈의 부분 고장으로 판단하고,
상기 온도센서부에서 검출된 상기 태양전지모듈들의 표면 온도를 수신하여 서로 비교한 후 다른 태양전지 모듈들과 온도가 상이한 태양전지모듈을 태양전지모듈의 전체 고장으로 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 정션박스통신부는,
상기 온도값 신호를 지그비통신프로토콜을 이용하여 상기 고장진단부로 전송하도록, 상기 정션박스에 착탈 가능하게 설치되는 지그비통신부로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 정션박스통신부는,
상기 접속단자에 접속되어 상기 태양전지모듈에서 생성된 전원을 공급받아 구동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치.
- 청구항 2에 있어서,
상기 표면온도센서부와 내부온도센서 또는 상기 정션박스통신부 중 하나 이상은, 상기 정션박스 내부에서 탈장착 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 태양전지모듈들에는 고유의 식별자가 부여되고,
상기 온도값 신호는 태양전지모듈들의 동작 중 상기 태양전지모듈들의 표면온도와 상기 정션박스들의 내부의 온도 정보 중 하나 이상의 온도 정보와 각각의 상기 태양전지모듈의 식별자를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 고장진단부는,
표시 영역을 상기 태양전지모듈의 배열 위치에 대응하는 태양전지모듈 영역으로 할당한 후, 각각의 태양전지모듈 영역에 대응되는 태양전지모듈의 식별자와 고장유무를 출력하는 표시부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치.
- 태양전지모듈; 정션박스; 온도센서부; 및 고장진단부;를 구비한 태양전지장치의 태양전지모듈 고장진단 방법에 있어서,
상기 온도센서부를 이용하여 상기 태양전지모듈들의 표면 온도와 상기 정션박스들의 내부온도를 검출하는 온도검출과정;
상기 온고검출과정에서 검출된 온도 값 각각에 대하여 상기 태양전지모듈의 식별자를 포함하는 온도값 신호로 변환한 후 상기 고장진단부로 전송하는 온도값 신호 전송과정;
상기 고장진단부가 상기 온도 값 신호 중 상기 태양전지모듈들의 표면 온도 값들을 서로 비교하여 온도 값들 중 기 설정 범위를 벗어나는 다른 온도 값을 가지는 태양전지모듈을 태양전지모듈전체고장으로 판단하는 태양전지모듈전체고장진단과정; 및
상기 고장진단부가 상기 온도 값 신호 중 상기 정션박스들의 내부 온도 값들을 서로 비교하여 온도 값들 중 기 설정 범위를 벗어나는 다른 온도 값을 가지는 태양전지모듈을 태양전지모듈부분고장으로 판단하는 태양전지모듈부분고장진단과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치의 태양전지모듈 고장진단방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 고장진단부가 상기 전체 또는 부분 고장으로 판단된 태양전지모듈을 전체 또는 부분 고장 정보와 함께 표시부에 표시하는 고장표시과정;을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 전체 및 부분 고장 진단 기능을 가지는 태양전지장치의 태양전지모듈 고장진단방법.
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