KR20160125622A

KR20160125622A - 태양광 발전장치용 모니터링 장치

Info

Publication number: KR20160125622A
Application number: KR1020150056253A
Authority: KR
Inventors: 설진태
Original assignee: 한명전기주식회사
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2016-11-01
Also published as: KR101699495B1

Abstract

본 발명은 태양광 발전장치용 모니터링 장치에 관한 것으로서, 복수의 태양광모듈로 이루어진 태양광모듈어레이와, 상기 태양광모듈어레이로부터 발전된 전기를 모으는 접속반과, 상기 접속반에 모인 전기를 변환시키는 인버터를 포함하여 구성된 태양광 발전장치에 있어서 상기 인버터 내에 전압전류측정기와 통신장치를 구성하여 접속반별로 생산된 전력량을 원거리에서 확인할 수 있는 태양광 발전장치용 모니터링 장치이다.

Description

태양광 발전장치용 모니터링 장치{The monitoring system for photovoltaic power system}

대체에너지 중에서는 태양광의 광전효과를 이용하여 전기에너지로 변환하는 친환경 에너지인 태양광 발전시스템이 있다. 이러한 태양광 발전시스템은 단위 태양광모듈을 연결한 태양광모듈어레이의 구성으로 필요한 용량만큼을 설정하여 설치가 가능하며 대용량의 발전소 건설 역시 가능하다.

대용량 태양광 발전시스템의 경우 설치면적이 광활하고 관리인이 상주하지 않는 경우가 대부분인데, 이로써 일부 태양광모듈이 고장 나서 정상적인 발전이 이루어지지 않는 경우에 이를 조기에 발견하여 조치를 취하기가 용이하지 않다.

이를 해결하고자 제안된 종래기술로서는 공개특허 제10-2008-0011979호에 개시되어 있는 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단방법 및 그 시스템이 있다.

상기 특허에는 태양으로부터 입사되는 광 에너지를 전기에너지로 변환하여 각 부하에 공급하도록 구성된 통상의 태양광발전 시스템에 있어서, 광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 다수개의 태양전지모듈; 상기 다수개의 태양전지모듈의 출력측과 연결되어 전기에너지를 정밀측정하는 센싱수단과 상기 센싱수단에 의해 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기를 구비하여 상기 디지털신호를 수집하는 DAQ모듈; 상기 DAQ모듈의 디지털 신호를 무선신호로 변환하여 후술하는 무선수신모듈로 무선 송출하는 무선송신모듈; 상기 무선신호를 수신하여 디지털신호로 변환하는 무선수신모듈; 및 기후조건, 태양전지모듈의 합리적 교체시기 조건, 태양전지모듈의 이상여부 진단조건으로 최적화된 데이터가 미리 저장되어 있어, 상기 디지털 신호와 비교연산하는 중앙처리장치와 상기 비교연산된 데이터 값이 상기 조건들에 만족하면 데이터 베이스화하여 저장하고, 상기 조건에 불만족하면 디스플레이함으로써 진단결과를 알리는 컴퓨터를 포함함을 특징으로 하는 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 시스템이 있는데, 다수개의 태양전지모듈의 출력측마다 센싱수단을 구비하여 연결하여야하고 센싱수단에 의해 측정된 신호를 DAQ모듈로 전달하기 위해서 별도의 통신선이 필요하므로 태양전지모듈의 설치작업에 많은 시간과 비용이 소모된다.

또한, 태양전지모듈에서 생산한 전기를 송출하기 위한 전원선 이외에 별도의 통신선을 태양광발전 시스템 전체에 깔아야하므로 설치시간뿐만 아니라 단선 등의 고장이 자주 발생할 수 있고 이로써 정상적인 발전에도 에러 신호가 발생할 수 있는 등의 근본적인 문제가 있다.

태양광발전 장치의 모니터링과 관련된 또 다른 종래기술로서는 등록특허 제10-1347845호에 제안되어 있는 개별단위 태양전지모듈 모니터링 시스템이 있다.

상기 특허에는 다수의 태양전지모듈이 행과 열을 이루며 배열된 태양전지부와 상기 태양전지부에서 출력하는 전압 및 전류를 모니터링할 수 있는 모니터링부가 포함되고, 상기 태양전지부는 다수의 태양전지모듈을 행단위 또는 열단위로 나누어 다수의 태양전지라인으로 구획되며, 상기 태양전지라인 각각에는 태양전지모듈에서 출력하는 전압과 전류를 측정하여 상기 모니터링부에 전송하는 측정부가 연결되되, 상기 태양전지부는 직/병렬로 연결된 태양전지모듈의 연결을 개폐하는 개폐기가 더 포함되고, 상기 측정부는 상기 개폐기의 작동을 제어하는 제어장치가 더 포함되어, 태양전지모듈의 이상 발생시 상기 제어장치에서 이상이 발생한 태양전지모듈과 인접한 태양전지모듈간의 연결을 제한하는 것을 특징으로 하는 개별단위 태양전지모듈 모니터링 시스템이 제안되어 있는데, 태양전지모듈마다 생산되는 전압과 전류를 측정하기 위해 측정부가 구비되어야하고 이에 더해 개폐기의 작동을 제어하는 제어장치가 더 포함되어야하므로 전체적인 태양광발전 장치의 비용이 급격히 상승되게 된다.

또한, 태양전지라인 각각에 개폐기와 함께 이를 제어하는 제어장치가 더 구비되어야하므로 설치시간과 설치비용이 상승하며, 이러한 부품들에 대한 유지보수가 지속적으로 이루어져야 하는 부담이 있다.

따라서, 본 발명은 태양광 발전장치를 모니터링할 수 있는 모니터링 장치를 제공하되, 태양광모듈어레이로부터 발전된 전기를 모으는 접속반이 아닌 상기 접속반이 모은 직류전기를 변환하기 위해 전기를 모으는 인버터에 전압전류측정기와 통신장치를 설치하여 통신을 위해 접속반까지의 배선작업이 필요치 않은 태양광 발전장치용 모니터링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 각 시간별로 발전된 각각의 접속반별 전력량을 미분하여 시간별로 변화량을 파악하고, 파악된 변화량과 현재 시간 및 날씨와 같은 변수를 고려하여 서로 대비함으로써 발전상태의 이상 유무를 확인하는 것이 특징인 태양광 발전장치용 모니터링 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명에 의한 태양광 발전장치용 모니터링 장치는 태양으로부터 입사된 태양광을 이용해 전기를 발전하는 태양광 발전장치의 모니터링 장치에 있어서, 상기 태양광 발전장치는 복수의 태양광모듈로 이루어진 태양광모듈어레이와, 상기 태양광모듈어레이로부터 발전된 전기를 모으는 접속반과, 상기 접속반에 모인 전기를 변환시키는 인버터를 포함하여 구성되며, 상기 모니터링 장치는 인버터 내에 설치되어 접속반에서 들어오는 전기의 전압과 전류를 측정하는 전압전류측정기와, 상기 전압전류측정기에 의해 측정된 데이터를 유, 무선 통신을 이용해 제어부로 보내는 통신장치를 포함하여 구성된 것이 특징이다.

본 발명은 태양광 발전장치를 모니터링할 수 있는 모니터링 장치를 제공하되, 태양광모듈어레이로부터 발전된 전기를 모으는 접속반이 아닌 상기 접속반이 모은 직류전기를 변환하기 위해 전기를 모으는 인버터에 전압전류측정기와 통신장치를 설치하여 통신을 위해 접속반까지의 배선작업이 필요치 않아 설치비용 및 유지보수비용을 줄일 수 있고, 각 시간별로 발전된 각각의 접속반별 전력량을 미분하여 시간별로 변화량을 파악하고, 파악된 변화량과 현재 시각 및 날씨와 같은 변수를 고려하여 서로 대비함으로써 발전상태의 이상 유무를 정확히 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 전체구성 예시도
도 2는 종래 태양광 발전시설의 태양전지모듈 감시시스템 구성도

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 전체구성 예시도로써, 본 발명에 의한 태양광 발전장치용 모니터링 장치는 태양으로부터 입사된 태양광을 이용해 전기를 발전하는 태양광 발전장치의 모니터링 장치에 있어서, 상기 태양광 발전장치는 복수의 태양광모듈로 이루어진 태양광모듈어레이(10)와, 상기 태양광모듈어레이(10)로부터 발전된 전기를 모으는 접속반(20)과, 상기 접속반(20)에 모인 전기를 변환시키는 인버터(30)를 포함하여 구성되며, 상기 모니터링 장치는 인버터(30) 내에 설치되어 접속반(20)에서 들어오는 전기의 전압과 전류를 측정하는 전압전류측정기(40)와, 상기 전압전류측정기(40)에 의해 측정된 데이터를 유, 무선 통신을 이용해 제어부(60)로 보내는 통신장치(50)를 포함하여 구성된 것이 특징이다.

먼저, 태양광모듈은 하나의 태양전지판 즉, 단위 태양전지판을 말하며, 이러한 태양전지판은 10~20개 정도가 모여서 하나의 태양광모듈어레이(10)가 된다. 상기 태양광모듈어레이(10)에서 발전된 전기는 접속반(20)에 모이게 되는데, 주로 10~20개 정도의 태양광모듈어레이(10)가 하나의 접속반(20)으로 전기를 보내게 되는데, 이를 위해 접속반(20)은 통상 10~20개 정도의 태양광모듈어레이(10)마다 하나씩 설치된다.

상기 접속반(20)은 통상 6~8개 정도가 하나의 인버터(30)로 보내지고, 상기 인버터(30)에서 직류전력을 교류전력으로 변환시킨 뒤 저장소나 부하로 보내게 된다.

본 발명은 이러한 전력변환을 위해 설치되는 인버터(30)에 전압전류측정기(40)와 통신장치(50)를 부가 구성함으로써 접속반별로 생산된 전력에 대해 모니터링을 수행할 수 있다.

즉, 종래의 모니터링 장치의 경우에는 하나의 태양광모듈이나 하나의 태양광모듈어레이를 모니터링하기 위해 태양광모듈 자체나 태양광모듈어레이 자체 또는 접속반에 센싱수단을 설치함으로써 태양광모듈어레이나 접속반까지 전력선 이외에 별도의 통신선이 필요하게 되며, 이로써 대형 태양광 발전장치의 경우 넓은 면적에 많은 통신선이 필요하다. 이로써 설치비용 및 유지보수 비용이 상대적으로 많이 발생하며, 개별 태양광모듈이나 태양광모듈어레이에 대해서 감시를 함으로써 구름에 의해 해가 잠시 동안 가리는 등 기타 요인에 의해 발전량이 급격히 떨어질 경우 이를 비정상상태로 파악함으로써 실제 문제가 없는 태양광모듈이나 태양광모듈어레이의 점검을 요하게 되는 경우가 빈번하게 발생할 수 있다.

본 발명은 개별 태양광모듈이나 태양광모듈어레이(10)가 아닌 10~20개 정도의 태양광모듈어레이(10)가 발전된 전력을 모은 접속반(20)을 모니터링함으로써 상대적으로 넓은 면적에 대해 확인함으로써 일부 태양광모듈이나 태양광모듈어레이(10)의 발전량이 떨어져도 전체적인 발전량과 대비하여 큰 문제가 없다면 이를 비정상상황으로 인식하지 않음으로써 에러신호의 발생을 줄일 수 있다.

상기 모니터링 장치는 인버터 내에 설치되는 전압전류측정기(40)와 통신장치(50)를 포함하여 구성되는데, 전압전류측정기(40)는 접속반별로 설치되어 각 접속반별로 생산된 전력량을 파악하고, 통신장치(50)는 파악된 전력량을 유, 무선 통신을 이용해 제어부(60)로 보내게 되며, 상기 제어부(60)는 받은 데이터를 이용해 실시간 모니터(70)를 통해 보여주게 된다.

또한, 상기 제어부(60)는 전압전류측정기(40)로부터 받은 데이터를 이용해 접속반별로 생산되는 전압과 전류를 대비하되, 발전된 전력량을 미분하여 순간적인 변화량을 파악하고, 파악된 변화량과 현재 시각을 대비하여 발전상태의 이상 유무를 확인하게 된다.

즉, 시간별로 생산된 접속반별 전력량은 통신장치(50)를 통해 제어부(60)로 보내어지며, 상기 제어부(60)는 발전된 전력량을 미분하여 발전량에 대한 기울기를 확인함으로써 발전이 순조롭게 이루어지고 있는지 아닌지를 파악하게 된다.

해가 떠서 발전이 시작되면 최초 어느 정도의 시간까지는 발전된 전력량의 미분치가 증가되는 쪽 즉, 시간이 지날수록 높이가 올라가는 방향으로 일정하게 기울어져 있을 것이며, 최대치에 다다르게 되면 그 기울기는 "0"에 가까워지고 이후 감소하는 방향으로 일정하게 기울어지게 되고 일조시간 이외의 시간에는 그 기울기는 "0"이 된다.

따라서, 기울기가 급격히 변할 때 즉, 기울기가 급격히 상승하거나 하강할 때에는 발전량이 급격히 변하고 있음을 의미하며, 이때에는 제어부(60)에서 관리자의 주의를 요하는 확인신호를 모니터에 나타내고 이후 일조시간임에도 발전량이 평균치보다 낮은 상태로 계속 머무르게 되면 비로소 이상신호를 모니터에 나타내게 된다.

관리자는 이러한 이상신호가 나타났을 때 태양광 발전장치가 있는 곳의 날씨나 기후 정보 또는 현재 시각 등의 변수를 확인한 뒤 실제점검을 행할지를 판단하게 된다.

또한, 상기 제어부(60)는 접속반별로 들어온 전압과 전류를 측정하여 발전된 전력을 계산하고, 인버터(30)를 통해 출력되는 전압과 전류를 측정하여 변환된 전력을 계산한 뒤 발전된 전력량과 변환된 전력량을 비교함으로써 인버터(30)의 이상 유무를 확인하게 된다.

즉, 인버터(30)는 접속반별로 들어오는 전력량이 평균치보다 급격히 떨어지거나 하나의 접속반이라도 정상적인 발전이 이루어지면 가동이 되므로 발전량의 이상 유무의 파악이 어려운데, 본 발명은 접속반별로 들어온 전력과 인버터(30)를 통해 출력되는 전력을 계산하여 인버터의 이상 유무까지 확인할 수 있다.

이러한 확인을 통해 상기 제어부(60)는 발전된 전력량과 변환된 전력량을 비교하여 인버터(30)의 이상이 확인되면, 인버터(30)를 끄고 재가동시키되 인버터(30)와 제어부(60) 사이의 유, 무선통신을 이용해 수행할 수 있다.

즉, 입력된 전력량에 비해 인버터(30)로 변환 뒤 출력되는 전력량이 인버터의 효율을 고려하여 계산된 전력량보다 상대적으로 많이 떨어질 경우 인버터를 무선통신으로 리셋(reset)시키고 이후 재가동하여 인버터의 이상 유무를 확인할 수 있다.

결국, 본 발명은 태양광 발전장치를 모니터링할 수 있는 모니터링 장치를 제공하되, 태양광모듈어레이로부터 발전된 전기를 모으는 접속반이 아닌 상기 접속반이 모은 직류전기를 변환하기 위해 전기를 모으는 인버터에 전압전류측정기와 통신장치를 설치하여 통신을 위해 접속반까지의 배선작업이 필요치 않아 설치비용 및 유지보수비용을 줄일 수 있고, 각 시간별로 발전된 각각의 접속반별 전력량을 미분하여 시간별로 변화량을 파악하고, 파악된 변화량과 현재 시각 및 날씨와 같은 변수를 고려하여 서로 대비함으로써 발전상태의 이상 유무를 정확히 확인할 수 있다.

10. 태양광모듈 어레이 20. 접속반
30. 인버터 40. 전압전류측정기
50. 통신장치 60. 제어부
70. 모니터

Claims

태양으로부터 입사된 태양광을 이용해 전기를 발전하는 태양광 발전장치의 모니터링 장치에 있어서,
상기 태양광 발전장치는 복수의 태양광모듈로 이루어진 태양광모듈어레이(10)와, 상기 태양광모듈어레이(10)로부터 발전된 전기를 모으는 접속반(20)과, 상기 접속반(20)에 모인 전기를 변환시키는 인버터(30)를 포함하여 구성되며,
상기 모니터링 장치는 인버터(30) 내에 설치되어 접속반(20)에서 들어오는 전기의 전압과 전류를 측정하는 전압전류측정기(40)와, 상기 전압전류측정기(40)에 의해 측정된 데이터를 유, 무선 통신을 이용해 제어부(60)로 보내는 통신장치(50)를 포함하여 구성된 것이 특징인 태양광 발전장치용 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 전압전류측정기로부터 받은 데이터를 이용해 접속반별로 생산되는 전압과 전류를 대비하되, 발전된 전력량을 미분하여 순간적인 변화량을 파악하고, 파악된 변화량과 현재 시각을 대비하여 발전상태의 이상 유무를 확인하는 것이 특징인 태양광 발전장치용 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 접속반별로 들어온 전압과 전류를 측정하여 발전된 전력을 계산하고, 인버터를 통해 출력되는 전압과 전류를 측정하여 변환된 전력을 계산한 뒤 발전된 전력량과 변환된 전력량을 비교함으로써 인버터의 이상 유무를 확인하는 것이 특징인 태양광 발전장치용 모니터링 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는 발전된 전력량과 변환된 전력량을 비교하여 인버터의 이상이 확인되면, 인버터를 끄고 재가동시키되 인버터와 제어부 사이의 유, 무선통신을 이용해 수행할 수 있는 것이 특징인 태양광 발전장치용 모니터링 장치.