KR20160121184A - 태양광 패널의 전력선통신 장치 - Google Patents

태양광 패널의 전력선통신 장치 Download PDF

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Abstract

전력선 통신신호를 송신 및 수신하는 송수신기; 태양광 패널에서 생산되어 출력포트로 전달되는 전력을 상기 태양광 패널로부터 입력받는 입력포트; 상기 송수신기에 연관되는 통신신호를 상기 입력포트와 상기 출력포트 사이의 전력선에 커플링하여 상기 출력포트로 전달하는 커플링회로; 및 상기 커플링 회로와 상기 입력포트 사이에 배치되어, 상기 통신신호가 상기 입력포트로 전달되는 것을 차단하는 신호차단기를 포함하는 전력선 통신 장치가 제시된다.

Description

태양광 패널의 전력선통신 장치{APPARATUS FOR POWERLINE COMMUNICATION ADAPTED TO SOLAR PANEL}
본 발명은 이와 같은 각각의 태양광 패널에 장착할 수 있으며 태양광 패널의 상태를 모니터링하기 위해 사용할 수 있는 전력선통신 장치에 연관되며, 보다 특정하게는 태양광 패널의 임피던스 특성을 고려한 전력선통신장치를 통하여 태양광 발전시스템을 모니터링하는 장치에 연관된다.
태양광 발전시스템은 다수 개의 태양광 모듈로 구성되며, 직렬로 다수 개가 연결되고 이렇게 연결된 다수 개의 직렬이 다시 병렬로 연결되어 태양광 발전을 한다. 각각의 태양광 모듈의 성능에 따라서 전체 발전 시스템의 성능이 좌우될 수 있으므로 각각의 태양광 모듈을 모니터링하는 것이 필요하다. 종래의 태양광 발전시스템은 다수 개의 태양광 패널이 직렬로 연결되어 하나의 스트링(string)을 형성하며 태양광 인버터에 연결된 구조를 나타내고 있다.
또한 전력선통신 기술은 별도의 통신선로 없이 전원을 공급하는 전력선을 사용하여 통신하는 기술이다. 이러한 전력선통신 기술은 홈네트워크, 스마트미터, 스마트그리드, 전기자동차 등에 다양하게 활용되고 있다. 에너지 고갈 문제로 인해 신재생에너지가 각광을 받고 있으며 그 중에서도 태양광 발전은 주택, 임야, 건물 등에도 보급되고 있는 분야이다. 태양광 발전시스템의 모니터링을 위하여 다양한 방법이 사용되고 있지만 태양광 패널 단위로 각 패널의 상태를 모니터링하는 기술은 시작되는 단계이다. 태양광 발전시스템에서 패널 단위로 모니터링하기 위해서는 전력 전달을 위하여 설치되어 있는 전력선을 통신 선로로 사용하는 것이 유리할 수 있다. 기존 설치된 태양광 발전시스템에 전력선통신장치를 플러그인 형태로 추가함으로써 각 패널별 상태를 모니터링할 수 있다. 이 때 전력선통신장치는 태양광 패널의 특성을 고려하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 태양광 발전시스템에서 각 태양광 패널의 상태를 모니터링하기 위하여 전력선통신장치를 제시하는 것을 목적으로 한다. 각 태양광 패널에 설치할 전력선통신장치는 태양광 패널의 특성을 고려하여 태양광 패널에 추가되는 형태로 설치될 수 있도록 제시하는 것을 목적으로 한다.
일측에 따르면, 전력선 통신신호를 송신 및 수신하는 송수신기; 태양광 패널에서 생산되어 출력포트로 전달되는 전력을 상기 태양광 패널로부터 입력받는 입력포트; 상기 송수신기에 연관되는 통신신호를 상기 입력포트와 상기 출력포트 사이의 전력선에 커플링하여 상기 출력포트로 전달하는 커플링회로; 및 상기 커플링 회로와 상기 입력포트 사이에 배치되어, 상기 통신신호가 상기 입력포트로 전달되는 것을 차단하는 신호차단기를 포함하는 전력선 통신 장치가 제공된다.
일실시예에 따르면 전력선통신모듈은 상기 송수신기 및 상기 커플링 회로로 구성될 수 있고, 상기 전력선통신모듈은 변조방식으로 직교파장분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), 코드분할다중(Code Division Multiplexing), 시분할다중(Time Division Multiplexing), 이산 멀티톤(Discrete Multi Tone), 주파수편이변조(Frequency Shift Keying), 위상편이변조(Phase Shift Keying), 진폭편이변조(Amplitude Shift Keying, On-Off Keying)를 사용할 수 있다.
일실시예에 따르면 상시 신호차단기는 인덕터로 구성될 수 있다.
본 발명의 구성에 따르면, 직류 전력을 생산하는 태양광 발전시스템에 사용할 수 있는 전력선통신을 이용한 모니터링 시스템에 있어서, 전력선통신장치가 송신하는 전력선통신 신호가 태양광 패널의 낮은 임피던스로 인하여 흡수되는 단점을 극복하는 효과를 갖는다. 이를 위하여 전력선통신장치의 내부에 인덕터와 같은 신호 차단기를 추가하여 전력선통신장치에서 송신하는 전력선통신 신호가 태양광 패널로 흡수되는 것을 방지함으로써 상기 신호가 다른 노드의 전력선통신장치로 전달될 수 있도록 한다. 이렇게 함으로써 전력선통신 기술을 태양광 패널의 모니터링 용도로 사용하고자 할 때 태양광 패널의 특성을 고려한 전력선통신장치를 통하여 태양광 발전시스템을 모니터링할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따라 전력선 통신신호의 송수신기가 커플링 회로를 매개로 하여 전력선과 연결되어 것을 도시한다.
도 2는 일실시예에 따라 태양광 패널에 적합한 전력선통신장치를 나타내고 있다.
도 3은 일실시예에 따른 태양광 발전시스템을 도시하고 있다.
도 4는 일실시예에 따라 도 3의 태양광 발전시스템에서 신호 차단기가 더 포함된 태양광 발전시스템을 도시하고 있다.
이하에서, 일부 실시예들을, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.
또한 특정한 경우는 이해를 돕거나 및/또는 설명의 편의를 위해 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
도 1은 일실시예에 따라 전력선 통신신호의 송수신기가 커플링 회로를 매개로 하여 전력선과 연결되어 것을 도시한다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 전력선 통신신호의 송수신기(110)와 커플링 회로(120)는 전력선통신모듈(100)로서 동작할 수 있고, 상기 전력선통신모듈은 입력포트(101) 및 출력포트(102)를 가질 수 있음을 알 수 있다. 상기 전력선통신모듈은 일반적으로 전력선통신에 사용할 수 있는 모듈 형태의 송수신기를 지시한다. 전력선통신모듈은 데이터를 처리하는 마이크로컨트롤러, PHY/MAC, 아날로그 프론트 엔드(analog front end), 커플링회로 등을 포함한다. 상기 전력선통신모듈에 적용되는 전력선통신은 다양한 기술을 사용하여 구현할 수 있으므로 전술한 구성 요소와 다른 구성을 가질 수도 있다. 따라서 본 발명에서 제시하는 태양광 패널에 적합한 전력선통신모듈은 특히 전력선과 커플링 회로 사이에서의 발전된 구조를 제시한다는 점이 이해되어야 한다.
도 1의 전력선통신모듈은 전력선통신 신호 송수신기와 커플링회로로 이루어진 구성을 도시하고 있으며, 전력선통신 신호 송수신기는 여러 적용 가능한 변조 방식에 따라서 다를 수 있다. 이 때, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 전력선통신모듈은 변조방식으로 직교파장분할다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), 코드분할다중(Code Division Multiplexing), 시분할다중(Time Division Multiplexing), 이산 멀티톤(Discrete Multi Tone), 주파수편이변조(Frequency Shift Keying), 위상편이변조(Phase Shift Keying), 진폭편이변조(Amplitude Shift Keying, On-Off Keying)를 사용할 수 있다. 따라서 최종적으로 전력선통신 신호를 전력선에 인가하기 위해서는, 도 1에서 제시하는 것과 같은 커플링 회로가 요구될 수 있다. 이에 따라, 후술되는 도 2의 설명에서는 인가된 상기 전력선통신 신호를 제어할 수 있는 방법이 제시될 것이다.
도 2는 일실시예에 따라 태양광 패널에 적합한 전력선통신장치를 나타내고 있다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 패널에 적합한 전력선통신장치(200)는 전력선 통신 신호 송수신기(210), 커플링 회로(220), 신호 차단기(230), 입력포트(201) 및 출력포트(202)로 구성될 수 있음을 알 수 있다.
도 1과 비교했을 때, 도 2의 구성은 상기 신호 차단기가 추가되었음을 알 수 있다. 상기 신호 차단기는 상기 전력선통신모듈의 송신 신호가 전력선을 통해 다른 노드의 전력선통신모듈로 전달될 때, 상기 송신 신호가 다른 태양광 패널에 흡수되는 것을 막을 수 있다. 예를 들어, 상기 전력선통신 모듈의 커플링 회로의 출력 임피던스는 크고, 동시에 태양광 패널의 임피던스가 작다면, 전력선통신모듈의 송신 신호는 임피던스가 작은 태양광 패널에 흡수되어 진행이 어려울 수 있고, 이에 따라 전력선통신모듈 간 통신은 지장을 받을 수 있다. 따라서 이를 막기 위해, 상기 신호 차단기는 전력선통신모듈의 송신 신호가 태양광 패널에 흡수되는 것을 방지하여, 전력선통신모듈의 송신 신호가 다른 노드의 전력선통신모듈에 잘 전달될 수 있도록 한다.
또한 도 2를 참조하면 상기 전력선통신장치는 태양광 패널에 연결할 수 있는 입력 포트와 전력선에 연결할 수 있는 출력 포트를 가질 수 있다.
본 발명에 의한 다른 실시예에 따르면, 상기 신호 차단기는 인덕터로 구성될 수 있다. 전력선통신 신호가 입력 포트에 연결되는 태양광 패널로 흡수되지 않도록 차단하는 인덕터가 태양광 패널의 양극(+극)이 연결되는 경로 중간에 삽입되어 설치될 수 있다. 예를 들어, 전력선통신모듈은 내부의 커플링 회로를 통하여, 태양광 패널의 전력이 흘러가는 전력선에 전력선통신 신호를 인가할 수 있다. 상기 전력선통신 신호는 입력포트에 추가된 인덕터로 인하여 태양광 패널로 흡수되지 않은 채 출력포트로 전달되어 다른 노드의 전력선통신장치에 도달할 수 있다. 본서에서 태양광 패널로 흡수되지 않는다는 것은 흡수되더라도 실질적으로 현저히 작은 크기만이 흡수된다는 것을 의미한다. 필터의 적용에 대한 설명은 본서에서 생략하지만, 흡수되지 않는다는 것은 충분히 감쇄되기 때문에 영향이 미미하다는 것으로 이해되어야 한다. 또한 본 발명에서 사용하는 인덕터는 사용하는 주파수와 전력선통신모듈의 임피던스에 따라서 임의의 인덕턱스 수치를 가질 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 태양광 발전시스템을 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전시스템은 태양광 패널(301, 302), 태양광 인버터(340) 및 이들과 연결된 전력선 통신 신호 송수신기(321-323)를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 실제로는 더 많은 태양광 패널이 연결될 수 있지만 예시적이며 국한하지 않은 목적을 위해서, 두 개의 태양광 패널이 연결된 구조의 태양광 발전 시스템을 도시하였다. 각 태양광 패널에는 전력선통신모듈이 설치되고 태양광 인버터에도 하나의 전력선통신모듈이 설치된다. 이때, 두 개의 태양광 패널은 직렬로 연결된다. 전력선통신모듈은 태양광 패널의 출력 단자에 연결되고, 링 형태의 루프 방식으로 통신 경로가 형성된다. 따라서 태양광 패널에 설치된 각 전력선통신모듈이 송신 신호를 전송할 때, 태양광 패널의 임피던스의 영향을 받게 된다. 만약 태양광 패널의 임피던스가 작을 경우, 전력선통신모듈의 커플링 회로의 출력 임피던스에 따라서 송신 신호가 태양광 패널로 흡수될 수도 있다. 즉, 태양광 패널의 임피던스와 전력선통신모듈의 커플링 회로의 임피던스 사이의 관계에 의하여 송신 신호가 다른 노드로 전달될 것인지 태양광 패널에 흡수될 것인지 방향성 여부가 결정된다는 것이 이해되어야 한다.
또한 도 3을 참조하면, 태양광 패널은 내부에 션트(shunt) 저항, 시리즈(series) 저항, 다이오드, 전류원으로 구성됨을 알 수 있다. 상기 태양광 패널에서 임피던스를 결정하는 요소는 저항인데, 저항은 주파수에 무관하게 임피던스가 일정하다. 반면에 전력선통신모듈의 커플링 회로의 임피던스는 전력선 통신 신호의 주파수에 따라 달라질 수 있는데, 이 때 커플링 회로를 구성하는 트랜스포머와 캐패시터가 영향을 미칠 수 있다. 따라서 커플링 회로의 변동 가능한 임피던스를 변화시킴으로써, 태양광 패널의 임피던스와 전력선통신모듈의 커플링 회로의 임피던스 사이의 관계를 변화시킬 수 있고, 전술한 바와 같이 상기 송신 신호의 방향성을 영향을 줄 수 있다. 이는 후술되는 도 4에 의한 실시예에 의해 더욱 자세히 기술된다.
도 4는 일실시예에 따라 도 3의 태양광 발전시스템에서 신호 차단기가 더 포함된 태양광 발전시스템을 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따라 도 3에 도시된 태양광 발전시스템에 신호 차단기(441)를 더 포함할 수 있음을 알 수 있고, 도 4에서는 상기 신호 차단기가 전력선통신모듈과 태양광 패널 사이에 설치된 구조를 나타내고 있다. 상기 전력선통신장치(411-413)는 전력선을 통하여 통신 신호를 송신하고 수신하는 전력선통신모듈과, 태양광 패널의 +/- 두 개의 단자에 연결되는 전력선 중에서 하나 또는 둘 모두에 설치되는 신호 차단기로 구성된다. 본서에서는 신호 차단기로써 간단하게 적용 가능한 인덕터(inductor)를 이용한 구조를 도 4에 도시하였다. 이때, 신호 차단기는 태양광 패널과 함께 설치된 전력선통신모듈에만 설치하고, 태양광 인버터 쪽에 설치되는 전력선통신모듈에는 인덕터가 설치되지 않을 수 있다. 또한 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 태양광 패널과 전력선통신모듈 사이에 설치되어 신호 차단기로서 동작하는 인덕터는 태양광 패널에서 생산하는 전류를 통과시키고 전력선통신모듈의 송신 신호는 차단할 수 있다. 이에 따라, 전력선통신모듈의 송신 신호는 전력선을 따라서 다른 노드로 전달될 수 있다.
본 명세서의 청구항들에서, 특정 기능을 수행하기 위한 수단으로서 표현된 요소는 특정 기능을 수행하는 임의의 방식을 포괄하고, 이러한 요소는 특정 기능을 수행하는 회로 요소들의 조합, 또는 특정 기능을 수행하기 위한 소프트웨어를 수행하기 위한 적합한 회로를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 본 발명의 원리들의 '일실시예' 등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 이 실시예와 관련되어 특정 특징, 구조, 특성 등이 본 발명의 원리의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 표현 '일실시예에서'와, 본 명세서 전체를 통해 개시된 임의의 다른 변형례들은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.
본 명세서를 통해 개시된 모든 실시예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 전력선 통신모듈
101, 201: 입력포트
102, 202: 출력포트
110, 210: 전력선 통신 신호 송수신기
120, 220: 커플링 회로
200: 전력선통신장치
230: 신호 차단기
301, 401: 제1 태양광 패널
302, 402: 제2 태양광 패널
311, 411: 제1 전력선 통신모듈
312, 412: 제2 전력선 통신모듈
313, 413: 제3 전력선 통신모듈
321, 421: 제1 전력선 통신 신호 송수신기
322, 422: 제2 전력선 통신 신호 송수신기
323, 423: 제3 전력선 통신 신호 송수신기
331, 431: 제1 커플링 회로
332, 432: 제2 커플링 회로
333, 433: 제3 커플링 회로
340, 440: 태양광 인버터
441: 신호차단기

Claims (1)

  1. 전력선 통신신호를 송신 및 수신하는 송수신기;
    태양광 패널에서 생산되어 출력포트로 전달되는 전력을 상기 태양광 패널로부터 입력받는 입력포트;
    상기 송수신기에 연관되는 통신신호를 상기 입력포트와 상기 출력포트 사이의 전력선에 커플링하여 상기 출력포트로 전달하는 커플링회로; 및
    상기 커플링 회로와 상기 입력포트 사이에 배치되어, 상기 통신신호가 상기 입력포트로 전달되는 것을 차단하는 신호차단기
    를 포함하는 전력선 통신 장치.
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