KR20170118393A - Mppt를 활용한 태양광 발전 모니터링 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 발전시스템의 각 구성요소에서 발생하는 신호들에 대한 정보들을 하나의 화면상에서 출력할 수 있는, 태양광 발전시스템 모니터링 시스템을 제공함에 목적이 있다. 이를 위해서, 태양전지 모듈, 인버터, 교류배전반을 포함하고 있으며 상기 태양전지 모듈, 인버터, 교류배전반의 동작을 센싱하는 감지센서를 포함하여 감지 신호를 생성하는 태양광 발전 시스템;과 상기 태양광 발전시스템으로부터 전송되어온 상기 감지 신호를 수신, 저장하고 MPPT를 활용하여 이를 분석하여 태양광 발전에 관한 정보를 모니터링하고 모니터링 결과에 따른 모니터링 정보를 생성하고, 생성된 모니터링 정보를 사용자의 원격 단말기로 제공하며, 모니터링 대상인 태양광 발전 시스템의 현재 발전량 정보와 저장된 평균 발전량 정보를 비교 분석하여 해당 태양광 발전 시스템의 발전량 정보를 모니터링 ㅎ하는 모니터링 단말기; 및 상기 모니터링 단말기로부터 상기 모니터링 정보를 수신하는 원격 단말기;를 포함하는 MPPT를 활용한 태양광 발전 모니터링 시스템이 제공된다.

Description

MPPT를 활용한 태양광 발전 모니터링 시스템{MONITORING APPARATUS FOR SOLAR POWER GENERATION SYSTEM USING MPPT}
본 발명은 태양광 발전 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 MPPT를 활용하여 태양광 발전 상태를 모니터링하는 태양광 발전 모니터링 시스템에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템은 발전 효율을 높이기 위해 태양광 모듈에서 최대전력이 추출되도록 하는 제어부가 반드시 필요하다. 최대전력추종 (Maximum Power Point Tracking 이하 MPPT 라고 함) 제어는 태양광 모듈을 제어하여 동작점이 최대전력점을 추종하도록 동작시키기 위한 제어기법이다.
종래의 MPPT 제어방식에는 CV (Constant Voltage), P&O (Perturb and Observe), IC (Incremental Conductance) 등의 기법이 있으며 비교적 단순한 CV 기법과 전력점의 지속적인 추종이 장점인 P&O 기법이 많이 적용되고 있다. IC 기법은 비교적 고성능의 제어기와 정밀한 센서의 입력을 요구하며 갑작스러운 외부환경의 변화와 같은 실제환경에서의 문제점을 가지고 있어서 대형 시스템에서 복잡한 주변회로와 함께 구성하여 적용되고 있다.
CV 제어모드는 연속적인 제어가 불가능한 단순한 기법이라는 문제점이 있고 P&O 제어모드는 광량의 급격한 변동의 추종시 오류가 발생할 수 있는 문제점이 있으며 이 두가지 모드를 광량센서와 측정주기의 변동을 통해 듀얼모드로 묶어서 동작하게 하는 방안을 고안하였다.
일반적으로, 태양광 발전시스템은 태양전지 모듈에서 태양광을 이용해 발생된 전기(DC)를 인버터에서 직류(AC)로 변환하고, 교류배전반에서 승압(380V ∼ 22.9kV)하여 한국전력 배전계통(KEPCO)을 통해 전력계통으로 전량역송하고 있다.
한편, 최근에는 태양광 발전시스템의 공급이 급증함에 따라, 원격에서 태양광 발전시스템 전체의 운전상태를 계측하고 모니터링하여 운영할 필요성이 매우 커졌다.
즉, 태양광 발전시스템을 구성하는 태양전지 모듈, 인버터 및 교류배전반에 반드시 필요한 신호를 각각 검출하여 하나의 통합 시스템에서 모니터링하여 원격지에서도 신호검출, 모니터링 및 운영상태가 확인될 수 있어야 한다.
그러나, 태양광 발전시스템을 구성하는 태양전지 모듈, 인버터 및 교류배전반의 특성이 모두 달라, 사용자가 전체 태양광 발전시스템의 운전상태를 통합적으로 모니터링하는데 어려움이 있다.
10-2009-0116027
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양광 발전시스템의 각 구성요소에서 발생하는 신호들에 대한 정보들을 하나의 화면상에서 출력할 수 있는, 태양광 발전시스템 모니터링 시스템을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 태양전지 모듈, 인버터, 교류배전반을 포함하고 있으며 상기 태양전지 모듈, 인버터, 교류배전반의 동작을 센싱하는 감지센서를 포함하여 감지 신호를 생성하는 태양광 발전 시스템;과 상기 태양광 발전시스템으로부터 전송되어온 상기 감지 신호를 수신, 저장하고 MPPT를 활용하여 이를 분석하여 태양광 발전에 관한 정보를 모니터링하고 모니터링 결과에 따른 모니터링 정보를 생성하고, 생성된 모니터링 정보를 사용자의 원격 단말기로 제공하며, 모니터링 대상인 태양광 발전 시스템의 현재 발전량 정보와 저장된 평균 발전량 정보를 비교 분석하여 해당 태양광 발전 시스템의 발전량 정보를 모니터링 ㅎ하는 모니터링 단말기; 및 상기 모니터링 단말기로부터 상기 모니터링 정보를 수신하는 원격 단말기;를 포함하는 MPPT를 활용한 태양광 발전 모니터링 시스템이 제공된다.
본 발명에 따르면, 태양광 발전시스템의 태양전지 모듈, 인버터 및 교류배전반 등에서 발생하는 신호들에 대한 정보들을 하나의 화면상에서 그래픽을 이용하여 출력함으로써, 사용자가 태양광 발전시스템의 각 구성요소들의 동작상태를 실시간으로 모니터링하도록 할 수 있다는 우수한 효과가 있다.
도 1 본 발명이 적용되는 MPPT를 활용한 태양광 발전 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 모니터링 단말기의 구성도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 모니터링 시스템의 일실시예 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 모니터링 단말기의 구성도이다.
본 발명은 태양광 발전시스템의 동작상태를 모니터링하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명이 적용되는 모니터링 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 태양광을 이용해 전기를 발생시키는 태양광 발전시스템(100), 태양광 발전 시스템에서 발생된 전기를 전송받아 각 가정 또는 상업시설에 분배하기 위한 전력계통시스템(200), 태양광 발전시스템의 동작을 모니터링하는 모니터링 단말기(300) 및 모니터링 단말기와 인터넷과 같은 공유 네트워크를 통해 연결되어 원격에서도 태양광 발전시스템의 동작을 모니터링할 수 있는 원격 단말기(400)를 포함하고 있다.
태양광 발전시스템(100)은 태양광을 이용하여 전기를 발생시키기 위한 것으로서, 빛에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양전지 모듈(110), 태양전지 모듈에서 발생된 직류(DC)를 교류(AC)로 변환시키는 인버터(120), 인버터에서 변환된 저전압의 교류를 고전압으로 승압시켜 전력계통시스템(300))으로 전송하기 위한 배전반(130)을 포함한다.
태양전지 모듈(110)은 반도체 소자를 이용하여 다양한 형태로 구성되어, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것으로서, 이미 널리 알려진 공지기술인 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략된다. 한편, 태양전지 모듈에는 생성된 전기의 전류 또는 전압을 감지할 수 있는 모듈센서(111)가 구비되어 있으며, 모듈센서에서 감지된 감지신호는 모니터링 단말기로 전송된다.
인버터(120)는 태양전지 모듈에서 태양광을 이용해 발생된 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하기 위한 것으로서, 인버터를 이용하여 직류가 교류로 변환된다. 한편, 인버터에는 생성된 전기의 직류전류(DC A), 직류전압(DC V), 교류전류(AC A), 교류전압(AC V), 인버터의 온도(Temp) 및 인버터의 오작동 상태(Status)를 감지할 수 있는 인버터센서(121)가 구비되어 있으며, 인버터센서에서 감지된 감지신호는 모니터링 단말기로 전송된다.
교류배전반(130)은 인버터에서 변환된 교류전압을 약 380V ∼ 22.9kV로 승압하는 기능을 수행한다. 한편, 배전반에는 교류로 변환된 전기의 교류전류(AC A), 교류전압(AC V), 역률, 주파수, 배전반의 온도(Temp) 및 배전반의 오작동 상태(Status)를 감지할 수 있는 배전반센서(131)가 구비되어 있으며, 배전반센서에서 감지된 감지신호는 모니터링 단말기로 전송된다.
전력계통 시스템(200)은 태양광 발전시스템에서 발생된 전기를 전송받아 각 가정 또는 상업시설에 분배하는 기능을 수행하는 것으로서, 일반적으로는 한국전력에 의해 운영되는 시스템이 될 수 있다. 즉, 본 발명은 태양광 발전시스템에서 발생된 전기를 바로 이용하는 것이 아니라, 이를 전력계통 시스템으로 송전하여 불특정다소의 수용가에게 전기를 제공하는 시스템이라 할 수 있다.
모니터링 단말기(300)는 태양광 발전시스템의 각 구성요소들의 동작상태를 모니터링하기 위한 것으로서 도 2에 도시된 바와 같이, 태양광 발전시스템의 각 구성요소들 또는 인터넷을 통해 원격 단말기와 통신을 수행하기 위한 인터페이스(310), 사용자로부터 각종 정보를 입력받기 위한 입력부(330), 태양광 발전시스템으로부터 전송되어온 모니터링 정보를 저장하기 위한 저장부(340), 각종 정보를 출력하기 위한 출력부(350) 및 각 구성요소들을 제어하기 위한 제어부(320)를 포함한다.
여기서, 저장부(340)는 태양광 발전 시스템(100)의 위치 정보 및 해당 위치의 MPPT을 이용한 최대 발전량의 정보를 저장하고 있다.
여기서, 태양광 발전 시스템(100)의 위치 정보 및 해당 위치의 MPPT을 이용한 최대 발전량의 정보는 해당 위치의 특정 계절 및 특정 시간에 따른 발전량 정보를 의미한다.
태양광 발전시스템의 각 구성요소들에 장착된 센서들에서 감지된 감지신호가 모니터링 단말기로 전송되면, 제어부는 태양광 발전시스템의 전체 동작상태를 하나의 그래픽(전체 동작상태 모니터링 화면)으로 출력함으로써, 사용자가 태양광 발전시스템의 전체 동작상태를 한눈에 확인할 수 있도록 한다.
이를 위해, 우선 태양전지 모듈(110), 인버터(120), 교류배전반(130) 또는 전력량계 등에 장착된 감지센서가 각 구성요소들로부터 발생된 신호를 검출한다. 각 감지센서에서 검출된 감지신호는 이더넷과 같은 내부 통신망을 통해 모니터링 단말기로 전송되며, 모니터링 단말기의 제어부는 수신된 감지신호를 모니터링에 필요한 데이터로 변환하여 저장부에 저장한다. 이후, 제어부는 각 감지센서로부터 수신되어 변환된 모든 데이터들을 분석하여 모니터링 화면들을 출력부를 통해 출력한다.
이때, 제어부는 각 감지센서들로부터 수신된 감지신호들이 왜곡 없이 정확히 분석될 수 있도록 우선 상기 수신된 감지신호들의 형태 및 특성을 제어부의 신호조절기(321)를 통해 변환시키는 한편, 제어부의 컨버터(322)를 이용하여 상기 신호조절기로부터 보정된 신호를 디지털 데이터로 변환하게 된다. 이후, 제어부는 디지털 데이터들을 분석하여 상기한 바와 같이 모니터링 화면들을 출력하게 된다.
즉, 출력부를 통해 출력된 전체 동작상태 모니터링 화면에는 태양전지 모듈의 감지센서들에 의해 감지된 일사량, 외기온도, 모듈온도가 출력되고 있으며, 교류배전반 또는 인버터 등에서 감지된 각종 온도정보 및 전력정보들이 출력되고 있다.
제어부는 각 구성요소들 중 어느 하나에서 장애가 발생되면, 해당 구성요소를 표시하는 화면상의 구성요소를 점멸하거나, 음성 또는 텍스트로 경고메시지를 표시하거나, 해당 구성요소를 표시하는 색상을 변경시킴으로써, 사용자가 장애 발생여부를 확인하도록 할 수 있다. 또한, 각 구성요소들을 연결하는 각 라인에도 이상여부를 감지할 수 있는 감지센서가 구비되어 있기 때문에, 각 라인에 장애(예를 들어, 단락 또는 단선)가 발생된 경우에는 해당 라인을 전체 동작상태 모니터링 화면상에서 다른 색상으로 표시함으로써, 사용자가 장애 발생 여부를 확인하도록 할 수 있다.
여기서, 제어부(320)는 태양관 발전 시스템(100)에서 발전되는 현재 발전량 정보를 모니터링할 수 있다. 또한, 현재 발전량 정보와 저장부(340)에 저장되어 있는 평균 발전량 정보를 비교 분석하여 모니터링하고 있는 태양광 발전 시스템(100)이 정상적으로 동작을 하고 있는지를 모니터링할 수도 있다.
예를 들어 제어부(320)는 저장부(340)에 저장되어 있는 평균적인 발전량 정보(현재 모니터링하고 있는 해당 위치에 건설된 태양광 발전 시스템(100)의 해당 계절의 특정 시간대에서 발전할 수 있는 평균적인 발전량 정보를 의미)와 현재 해당 위치의 해당 계절의 해당 시간대에서 발전되는 발전량 정보를 입력받아 저장되어 있는 발전량 정보와 비교한다.
만일 평균 발전량 정보에 미달하는 경우에는 해당 태양광 발전 시스템이 발전과정 및 발전 설비에 문제가 있다고 판단할 수 있다.
여기서, 평균량 정보는 해당 시간대의 여러가지 변수들을 포함하여 생성된다. 예를 들어 날씨에 따른 변수를 산정하여 동일한 변수로 보정하여 평균 발전량 정보와 비교 분석한다.
즉, 현재 입력받는 발전량 정보가 비가 오는 날씨에서 생성된 발전량 정보인 경우에는 평균 발전량 정보를 현재의 날씨와 동일한 날씨로 보정하여 평균 발전량 정보를 산정한다. 이후 현재 입력받은 발전량 정보를 보정된 날씨에 맞는 평균 발전량 정보와 비교한다.
한편, 사용자는 태양광 발전시스템에 구비되어 있는 다수의 인버터들에 대한 세부정보를 입력부를 통해 요청할 수 있으며, 상기 요청이 수신되면, 제어부는 인버터 모니터링 화면을 출력부를 통해 출력함으로써, 사용자가 인버터들에 대한 세부정보를 열람하도록 할 수도 있다. 즉, 태양광 발전시스템은 다수의 태양전지 모듈을 통해 빛에너지를 전기에너지로 변경하고 있으며, 인버터는 각각의 태양전지 모듈에 개별적으로 연결되어 있다. 따라서, 태양전지 모듈이 다수 개 구비되어 있는 태양광 발전시스템의 경우에는 인버터 역시 다수 개 존재하게 되며, 각 인버터마다 개별적인 출력 값을 가지게 됨으로, 사용자의 입장에서는 각 인버터별로 동작상태를 점검할 필요가 있게 된다. 따라서, 본 발명은 각 인버터마다 인버터센서를 구비하는 한편, 각각의 인버터센서로부터 수신된 감지정보를 저장하고 있다가 입력부로부터 인버터 정보 요청이 수신되면, 제어부가 상기 인버터 정보들을 이용하여 도 5에 도시된 바와 같은 인버터 모니터링 화면을 출력하도록 하고 있다.
즉, 인버터 모니터링 화면에는 각 인버터별로 전력현황이 출력되며, 장애가 발생된 인버터의 경우에는 상기한 바와 같은 방법에 의해 이를 사용자에게 알려주고 있다.
계전기가 다수 개 존재하는 경우에는, 인버터와 마찬가지로, 제어부는 각 보호 계전기별로 그 동작상태 정보를 제공할 수 있으며, 보호 계전기에 대한 장애 발생 정보 역시 인버터에 대한 장애 발생 통지 방법을 이용하여 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 이력 모니터링 화면을 통해, 태양광 발전 시스템의 각종 이력 정보를 사용자에게 제공할 수도 있다. 즉, 제어부는 날짜 또는 시간별로 상기한 바와 같은 각종 정보들을 저장부에 저장하여 두는 한편, 입력부를 통해 이력 정보에 대한 요청이 수신되면, 이력 모니터링 화면을 출력할 수 있으며, 이를 통해, 사용자는 자신이 원하는 기간대 별로, 태양광 발전 시스템의 발전량, 장애 발생 현황, 전류변화량, 전압변화량 등을 열람할 수 있게 된다.
한편, 제어부는 상기한 바와 같은 모니터링 정보들을 인터넷과 같은 공중 통신망을 통해 전송할 수 있다. 따라서, 원격지에 있는 사용자도, 인터넷과 같은 통신망에 접속할 수 있는 원격 단말기(400)를 이용하여 모니터링 단말기에서 열람하는 것과 동일한 모니터링 화면들을 열람하면서 태양광 발전시스템을 관리할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 태양광 발전시스템 모니터링 방법에 따르면, 사용자는 하나의 통합된 장치(모니터링 단말기 또는 원격 단말기)를 이용하여 태양전지 모듈, 인버터 및 교류배전반 등이 동작되고 있는 상태에서 상기 구성요소들의 동작상태를 실시간으로 모니터링함으로써 고장여부를 사전에 감시할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 사용자는 태양전지 모듈의 각부의 고장 여부와 인버터의 정상동작 여부, 실시간 발전 전력량 등을 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 실시간적인 모니터링이 가능하므로 각 구성요소들의 고장 및 정지를 예방할 수 있음과 동시에 발전 중지에 따른 손실을 최소화할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 태양광 발전 시스템
200 : 전력계통 시스템
300 : 모니터링 시스템
400 : 원격 단말기

Claims (1)

  1. 태양전지 모듈, 인버터, 교류배전반을 포함하고 있으며 상기 태양전지 모듈, 인버터, 교류배전반의 동작을 센싱하는 감지센서를 포함하여 감지 신호를 생성하는 태양광 발전 시스템;
    상기 태양광 발전시스템으로부터 전송되어온 상기 감지 신호를 수신, 저장하고 MPPT를 활용하여 이를 분석하여 태양광 발전에 관한 정보를 모니터링하고 모니터링 결과에 따른 모니터링 정보를 생성하고, 생성된 모니터링 정보를 사용자의 원격 단말기로 제공하며,
    모니터링 대상인 태양광 발전 시스템의 현재 발전량 정보와 저장된 평균 발전량 정보를 비교 분석하여 해당 태양광 발전 시스템의 발전량 정보를 모니터링 ㅎ하는 모니터링 단말기; 및
    상기 모니터링 단말기로부터 상기 모니터링 정보를 수신하는 원격 단말기;
    를 포함하는 MPPT를 활용한 태양광 발전 모니터링 시스템.
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KR20220128737A (ko) * 2021-03-15 2022-09-22 전북대학교산학협력단 다층 신경망 고장 진단 모델을 이용한 태양광 인버터 구동 방법 및 시스템

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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