KR20180001160A - 태양전지패널의 부분음영 진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지패널의 부분음영 진단장치에 관한 것으로서, 태양광을 집광하여 전력을 생산하기 위하여 다수의 태양전지셀(12)이 연결되어 있는 태양전지패널(10)에 발생한 음영을 색출해내는 부분음영 진단장치에 있어서, 상기 태양전지셀(12)들 사이마다 각각의 고유아이디(M1,M2,...Mn)가 부여된 상태로 구비되며 이를 통과하는 전압 및 전류의 측정값(A)을 산출하는 다수의 산출모듈(M)과; 상기 산출모듈(M)로부터 산출된 측정값(A)을 수신받아 인접하는 두 개의 상기 산출모듈(M) 간의 측정값(A)의 차이에 따른 구간별 계산값(B)을 산출해내고, 상기 구간별 계산값(B)과 미리 설정된 각 구간별 정상값(C)을 비교하여 구간별 오차값(D)을 계산하며, 상기 오차값(D)이 발생된 상기 산출모듈(M)을 색출해내는 연산부(20)를 포함한다.

Description

태양전지패널의 부분음영 진단장치{PARTIAL SHADING DIAGNOSTIC APPARATUS OF SOLAR CELL PANNEL}

본 발명은 태양전지패널의 부분음영 진단장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광발전시설의 부분음영으로 인한 저출력 현상을 막기 위하여 태양전지패널에서 음영이 발생되는 부분의 태양전지셀을 색출해냄과 동시에 음영으로 인한 태양전지패널의 저출력 값을 보상할 수 있는 태양전지패널의 부분음영 진단장치에 관한 것이다.

최근에는 화석 연료의 고갈, 환경오염 등으로 인해서 화석 연료를 대체할 수 있는 다양한 종류의 대체 에너지원으로 풍력 및 태양광, 태양열, 해수면의 간만의 차이에 의한 조력 등을 이용하여 전기를 발전하기 위한 설비의 개발이 실용화된 상태이다.

그 중에서 태양전지모듈을 이용하여 태양광을 전기로 변환하는 태양광발전시스템의 경우에는 그 에너지원이 청정하면서 제한이 없고 단기간에 발전 설비의 건설이 가능하다는 장점이 있다.

종래의 태양광발전시설은 넓은 토지에 다수의 태양전지패널을 설치하여 태양전지패널로부터 태양광을 집광하여 전력을 생산하는 시설이다. 태양전지패널들은 태양빛을 효과적으로 집광하기 위하여 고정기둥으로부터 상공을 향하여 지면으로부터 일정각도로 기울어져 설치된다.

이때, 태양광발전시설에 사용되는 태양전지패널은 보다 많은 전력생산을 위하여 다수의 태양전지패널이 일정한 간격을 두고 설치되는데, 태양의 방위각에 따라 태양전지패널들 간의 간섭으로 인하여 태양전지패널의 일부분에 부분음영이 생기게 된다. 음영이 발생한 태양전지패널의 태양전지셀들은 음영으로 인하여 태양광을 공급받지 못하게 되므로 제대로 전력을 생산하지 못하게 되어 태양광발전의 안정적인 전력생산을 저해하는 문제점이 있다.

이에 종래에 태양전지셀들 사이에 바이패스 소자를 설치하여 태양전지셀에 음영이 발생하거나 불량모듈이 발생했을 경우 바이패스 소자를 이용하여 태양전지셀의 사용을 중지하는 방법을 사용하였다. 그러나 이러한 방법은 음영이 많이 발생되는 경우에는 많은 태양전지셀들을 바이패스해버려 총 생산되는 전력량이 적어지는 현상이 발생하며 음영이나 고장이 일어난 태양전지셀을 제대로 검출해내지 못하는 문제점이 있다.

국내등록특허 제10-1281538호 '바이패스 소자가 포함된 태양전지모듈'

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양전지셀들 사이의 전류 및 전압을 계측하여 태양전지셀의 고장 또는 음영으로 인한 출력저하 지점을 정확히 검출할 수 있는 태양전지패널의 부분음영 진단장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고장 또는 음영으로 인하여 저출력 되는 태양전지패널의 전류 및 전압 값을 보상해줌으로써 안정적으로 전력을 수급할 수 있는 태양전지패널의 부분음영 진단장치를 제공하는 것이다.

한편, 본 발명에 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기 하는 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지패널의 부분음영 진단장치는 태양광을 집광하여 전력을 생산하기 위하여 다수의 태양전지셀(12)이 연결되어 있는 태양전지패널(10)에 발생한 음영을 색출해내는 부분음영 진단장치에 있어서, 상기 태양전지셀(12)들 사이마다 각각의 고유아이디(M1,M2,...Mn)가 부여된 상태로 구비되며 이를 통과하는 전압 및 전류의 측정값(A)을 산출하는 다수의 산출모듈(M)과; 상기 산출모듈(M)로부터 산출된 측정값(A)을 수신받아 인접하는 두 개의 상기 산출모듈(M) 간의 측정값(A)의 차이에 따른 구간별 계산값(B)을 산출해내고, 상기 구간별 계산값(B)과 미리 설정된 각 구간별 정상값(C)을 비교하여 구간별 오차값(D)을 계산하며, 상기 오차값(D)이 발생된 상기 산출모듈(M)을 색출해내는 연산부(20)를 포함한다.

바람직하게는, 상기 연산부(20)를 통하여 색출된 상기 산출모듈(M)이 상기 정상값(C)을 가질 수 있도록 상기 산출모듈(M)의 오차값(D)을 보상해주는 보상제어부(30)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더 바람직하게는, 상기 연산부(20)는 태양의 조도를 측정하는 조도센서(22)를 포함하며, 상기 계산값(B)과 비교되는 상기 정상값(C)은 상기 조도센서(22)로부터 측정된 조도값에 따라 그 값이 변화되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 태양전지패널의 부분음영 진단장치는 태양전지셀들 사이의 전류 및 전압을 산출모듈을 통하여 측정하고, 측정된 전류 및 전압값을 연산부를 통하여 비교 분석함에 따라 태양전지셀의 고장 또는 음영으로 인한 출력저하 지점을 정확히 검출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 보상제어부를 통하여 고장 또는 음영으로 인하여 저출력 되는 태양전지패널의 전류 및 전압 값을 보상해줌으로써 안정적으로 전력을 수급할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지패널의 부분음영 진단장치의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 태양전지 패널의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지패널의 부분음영 진단장치의 태양전지패널에 부분음영이 발생한 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 연산부의 작용을 설명하기 위한 표이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 겹합으로 구현될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

먼저, 도 1과 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지패널의 부분음영 진단장치의 구성도가 각각 도시되어 있다. 도 1과 도 2를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지패널의 부분음영 진단장치는, 복수의 태양전지셀(12) 및 복수의 태양전지셀(12)들 사이에 구비되는 복수의 산출모듈(M), 연산부(20), 보상제어부(30)를 포함한다.

태양전지셀(12)은 태양광을 집광하며, 태양전지셀(12)에 태양광이 인가되며 광 기전력 효과에 의해 전력이 생성된다. 이러한 태양전지셀(12)은 태양전지패널(10)에 다수 개가 마련되며 태양전지패널(10)은 태양전지셀(12)로부터 생산된 전력을 병합하여 출력한다. 종래의 태양광발전시설에서는 상기와 같은 태양전지패널(10)을 다수개 구비하여 전력을 생산하게 된다. 태양전지셀(12)은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있으며 대체적으로 태양전지셀(12)은 직렬로 연결되어 있다.

태양전지셀(12)들 사이마다 산출모듈(M)이 구비된다. 산출모듈(M)은 인접하는 두 개의 태양전지셀(12)을 전기적으로 연결한다. 산출모듈(M)은 각각의 고유아이디(M1,M2,...Mn)를 갖는다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 각각의 산출모듈(M)의 아이디를 구간에 따라 (M1,M2,...Mn)로 구분하여 표시하였으나 이를 한정하는 것은 아니며 다양한 방법으로 고유아이디값을 표시할 수 있다.

산출모듈(M)은 인접하는 두 개의 태양전지셀(12)들을 전기적으로 연결하며, 산출모듈(M)을 통과하는 전류 및 전압을 측정한다. 산출모듈(M)을 통하여 측정된 전류 및 전압의 측정값(A)은 무선 또는 유선으로 연산부(20)로 송신된다.

연산부(20)는 산출모듈(M)로부터 측정된 태양전지셀(12)들 사이의 전류 및 전압 측정값(A)을 수신받아 저출력이 발생된 산출모듈(M)을 색출해내는 역할을 수행한다. 도 3에는 일부 태양전지셀(12)에 음영이 발생한 모습을 보여주는 도면이 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3을 기반으로 한 연산부(20)의 작용을 설명하기 위한 표가 도시되어 있다. 이때, 도 4의 표에 표시된 값들은 설명의 편의를 위한 하나의 임의값이며, 본 실시예에서는 전압만을 표시하였으나 이를 한정하는 것은 아니며 전류 및 전압이 같이 측정될 수도 있다.

연산부(20)는 각 구간별 산출모듈(M1,M2....Mn)로부터 측정값(A)을 수신받게 되면, 인접하는 두 개의 산출모듈(Mn, Mn_-1) 간의 측정값(A)의 차이에 따른 계산값(B)을 산출해낸다. 연산부(20)는 상기와 같이 산출된 구간별 계산값(B)을 기설정된 정상값(C)과 비교하여 오차값(D)을 측정한다. 오차값(D)은 정상값(C)에서 계산값(B)을 뺀 수치이다. 이때, 오차값(D)이 '0'이면 산출모듈(M)과 연결되어 있는 태양전지셀(12)이 정상작동되는 것이며, 오차값(D)이 '+'이면 해당 구간의 산출모듈(M)과 연결되어 있는 태양전지셀(12)에 음영이 발생한 것임을 확인할 수 있게 된다. 본 실시예에서는 M3 와 M4의 산출모듈에 오차값(D)이 발생하였으며, 이를 통하여 M3와 M4에 직전에 연결되어 있는 해당 태양전지셀(12)에 음영이 발생된 것임을 확인할 수 있게 된다.

덧붙여, 계산값(B)과 비교되는 정상값(C)은 태양의 조도에 따라 미리 설정된 수치이다. 본 실시예에서는 정상값(D)을 '30'으로 설정하였으나 이는 설명의 편의를 위한 하나의 임의값이며, 정상값(C)은 조도센서(22)를 통하여 감지된 태양의 조도에 따라 그 설정값이 변화된다. 조도센서(22)는 연산부(20)에 포함되며, 조도센서(22)를 통하여 감지된 조도값이 큰 날에는 정상값(C)의 수치가 올라간다. 이는 조도값이 큰 날에는 태양전지셀(12)을 통하여 생산할 수 있는 전력량이 많이 지기 때문에 태양전지셀(12)로부터 생산되는 전류 및 전압값과 비교되는 정상값(C)의 수치를 상승시키는 것이다. 이와 반대로 조도센서(22)로부터 측정된 조도값이 작은 날에는 그에 대응하는 정상값(C)의 수치도 하락하게 된다.

상기와 같이 연산부(20)를 통하여 오차값(D)이 발생한 산출모듈(M)은 보상제어부(30)를 통하여 보상 전압을 인가받는다. 보상제어부(30)는 연산부(20)로부터 오차값(D)이 발생한 산출모듈(M3, M4)들의 정보를 전달받게 된다. 연산부(20)로부터 오차값(D)을 수신받은 보상제어부(30)는 해당 산출모듈(M3, M4)의 측정값(A)이 정상값(D)과 같아지도록 각 산출모듈(M3, M4)의 오차값(D)에 해당하는 전압을 보상한다. 이 보상 전압은 태양전지패널이 기본적으로 필요로 하는 전력을 생산하기 위해 요구되는 최소한의 태양전지패널 이상의 여분의 태양전지패널을 구비하여 공급할 수 있다. 일반적으로 기존의 태양광발전시설에서는 불량 태양전지패널이 포함되는 경우를 대비하여 여분의 태양전지패널을 구비하므로 보상 전류 및 전압을 생성하기 위한 추가적인 비용은 발생하지 않는 것으로 볼 수 있다.

상기와 같이 보상제어부(30)를 통하여 음영이 발생한 태양전지셀(12)과 연결되어 있는 산출모듈(M3, M4)의 오차값(D)에 대응하는 전압을 보상해줌에 따라 모든 산출모듈(M1,M2....Mn)에 동일한 전압이 인가되므로 언제나 일정한 전력을 생산할 수 있는 효과가 있다.

또한, 오차값(D)이 발생한 산출모듈(M3, M4)을 통하여 음영이 발생한 태양전지셀(12)을 색출해낼 수 있으며, 음영이 아닌 고장으로 인한 저출력으로 인한 저 출력시 빠르게 해당 태양전지셀(12)을 교체하여 안정적으로 전력을 수급할 수 있는 장점을 갖는다.

이상 본 실시예에서는 산출모듈(M)이 전압을 측정하며 측정값(A) 및 계산값(B), 정상값(C), 오차값(D)을 산출해내는 것으로 설명하였으나, 이를 한정하지는 않으며 산출모듈(M)을 통해서 전류 및 전압값을 같이 측정할 수도 있으며 전류 또는 전압값 중 하나의 값만을 측정하여 측정값(A) 및 계산값(B), 정상값(C), 오차값(D)을 산출해낼 수 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10:태양전지패널 12:태양전지셀
20:연산부 22:조도센서
30:보상제어부 M:산출모듈

Claims (3)

1. 태양광을 집광하여 전력을 생산하기 위하여 다수의 태양전지셀(12)이 연결되어 있는 태양전지패널(10)에 발생한 음영을 색출해내는 부분음영 진단장치에 있어서,
   상기 태양전지셀(12)들 사이마다 각각의 고유아이디(M1,M2,...Mn)가 부여된 상태로 구비되며 이를 통과하는 전압 및 전류의 측정값(A)을 산출하는 다수의 산출모듈(M)과;
   상기 산출모듈(M)로부터 산출된 측정값(A)을 수신받아 인접하는 두 개의 상기 산출모듈(M) 간의 측정값(A)의 차이에 따른 구간별 계산값(B)을 산출해내고, 상기 구간별 계산값(B)과 미리 설정된 각 구간별 정상값(C)을 비교하여 구간별 오차값(D)을 계산하며, 상기 오차값(D)이 발생된 상기 산출모듈(M)을 색출해내는 연산부(20)를 포함하는 태양전지패널의 부분음영 진단장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연산부(20)를 통하여 색출된 상기 산출모듈(M)이 상기 정상값(C)을 가질 수 있도록 상기 산출모듈(M)의 오차값(D)을 보상해주는 보상제어부(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지패널의 부분음영 진단장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 연산부(20)는 태양의 조도를 측정하는 조도센서(22)를 포함하며,
   상기 계산값(B)과 비교되는 상기 정상값(C)은 상기 조도센서(22)로부터 측정된 조도값에 따라 그 값이 변화되는 것을 특징으로 하는 태양전지패널의 부분음영 진단장치.

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