KR20180072244A - 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템 및 그 고장진단 제어방법 - Google Patents

태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템 및 그 고장진단 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템 및 그 고장진단 제어방법에 관한 것으로, 복수의 태양광모듈로 구성되어 빛에너지로부터 전기에너지를 생성하는 태양광패널, 상기 태양광패널로부터 생성되는 직류전류를 교류전류로 변환하는 인버터, 상기 태양광패널 또는 상기 태양광패널에 인접하여 설치되어 환경데이터를 측정하는 환경센서, 상기 태양광패널의 채널별 전류값 및 전압값을 측정하고 채널별 발전량을 감지하는 채널감시기, 상기 채널감시기, 상기 환경센서 및 상기 인버터로부터 입력되는 데이터를 분석하여, 상기 태양광모듈에 대한 평균발전량과 경사일사량을 바탕으로 상기 태양광패널의 고장여부를 진단하는 고장진단제어장치를 포함하여, 태양광 발전에 따른 데이터를 저장하고, 환경센서의 데이터를 바탕으로 그 순시값을 이용하여 태양광 발전 시스템의 이상을 판단하고 고장을 진단함으로써, 불필요한 연산이 감소되어 빠른 연산이 가능하고, 단시간에 고장진단이 가능하며, 고장진단에 따른 정확도가 크게 향상되어 태양광 발전시스템을 보다 쉽게 관리할 수 있고 고장발생에 대하여 즉시 대응할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템 및 그 고장진단 제어방법{Fault diagnosis control system for solar generation system and control method thereof}
본 발명은 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템 및 그 고장진단 제어방법에 관한 것으로, 태양광을 이용하여 에너지를 생성하는 태양광 발전시스템에서 태양광 모듈의 이상을 진단하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템 및 그 고장진단 제어방법에 관한 것이다.
화석연료의 고갈과 그에 따른 환경 오염의 심각성이 대두됨에 따라 신재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 태양광 발전시스템은 환경에 대한 영향이 적고 상대적으로 관리가 용이하여 사용이 증가하는 추세이다.
이러한 태양광 발전시스템은 태양에너지를 전기에너지로 바꾸기 위해 태양광 패널과, 태양광 모듈이 구비되고, 직류전원을 교류전원으로 변경하여 부하로 공급하도록 구성된다.
태양광 발전시스템은 발전시설을 소정의 네트워크로 상호 연결하여 각 발전시설의 발전양을 측정하고 발전시설의 상태를 모니터링하도록 모니터링 시스템에 연결되어, 원격지에서도 각 발전시설의 상태를 확인할 수 있도록 한다.
그러나, 발전시설 중 인버터의 에러, 접속반 또는 중앙처리장치 등의 이상은 모니터링 시스템을 통해 쉽게 확인하여 관리자가 발생된 이상을 인식할 수 있으나, 발전량에 영향을 주는 태양광 패널에 대한 이상은 확인하기 어려운 문제점이 있다.
그에 따라, 기 저장된 데이터를 바탕으로 비교하여 고장여부를 판단하는 방안이 최근 제시되고 있으나, 이 경우 다량의 누적데이터가 필요하므로 데이터베이스(database)에 적게는 수개월 많게는 수년간의 데이터가 요구되며, 그에 따라 운전 초기에는 이상을 용이하게 판단할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 다량의 데이터를 저장해야 하므로, 이를 저장할 데이터베이스가 확보되어야 하는 문제점이 있으며, 다량의 데이터를 검색하여 데이터를 비교해야 하고, 다양한 연산과정이 필요하므로 연산부하가 증가하고, 고장진단에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
국내등록특허 제10-1201863호 (2012.11.09. 등록) 국내등록특허 제10-1578675호 (2015.12.14. 등록)
본 발명은 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템 및 그 고장진단 제어방법에 관한 것으로, 태양광 발전에 대한 데이터를 바탕으로 고장진단을 수행하여 이상을 판단하고 정확한 판단이 가능하도록 하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템 및 그 고장진단 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템은, 복수의 태양광모듈로 구성되어 빛에너지로부터 전기에너지를 생성하는 태양광패널; 상기 태양광패널로부터 생성되는 직류전류를 교류전류로 변환하는 인버터; 상기 태양광패널 또는 상기 태양광패널에 인접하여 설치되어 환경데이터를 측정하는 환경센서; 상기 태양광패널의 채널별 전류값 및 전압값을 측정하고 채널별 발전량을 감지하는 채널감시기; 및 상기 채널감시기, 상기 환경센서, 및 상기 인버터로부터 입력되는 데이터를 분석하여, 상기 태양광모듈에 대한 평균발전량과 경사일사량을 바탕으로 상기 태양광패널의 고장여부를 진단하고, 고장을 통보하는 고장진단제어장치를 포함한다.
상기 고장진단제어장치는, 상기 경사일사량이 설정값 이상인 경우, 상기 태양광모듈에 대한 평균발전량과 경사일사량을 바탕으로 상기 태양광패널의 고장여부를 진단하고, 상기 고장진단제어장치는, 상기 인버터로부터 입력되는 발전량을 상기 태양광모듈의 수로 나누어 상기 평균발전량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고장진단제어장치는, 상기 평균발전량을 상기 경사일사량으로 나누어, 고장여부를 판단하기 위한 고장진단값을 산출하고, 상기 고장진단제어장치는, 상기 평균발전량의 순시값, 상기 경사일사량의 순시값을 이용하여 상기 고장진단값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 고장진단제어장치는, 상기 고장진단값이 기 설정된 비교범위에 포함되는 경우 정상으로 판단하고, 상기 비교범위에 포함되지 않는 경우 오류로 판단하며, 상기 고장진단제어장치는, 정상인 경우 오류카운트를 초기화 하고, 오류인 경우 오류정보를 저장하고 오류카운트를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
상기 고장진단제어장치는, 상기 오류카운트가 설정횟수에 도달하면, 반복적으로 오류가 발생함에 따라 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어방법은, 인버터, 환경센서, 채널감시기로부터 데이터가 입력되는 단계; 상기 데이터를 분석하여 태양광 모듈에 대한 평균발전량을 산출하는 단계; 상기 환경센서로부터 입력되는 경사일사량을 설정값과 비교하는 단계; 상기 경사일사량이 상기 설정값 이상인 경우 상기 평균발전량과 상기 경사일사량으로부터 태양광패널에 대한 고장진단을 수행하는 단계; 및 고장진단 결과, 고장인 경우 고장정보를 저장하고 고장정보를 등록된 기기로 전송하여 고장을 통보하는 단계를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템 및 그 고장진단 제어방법에 따르면, 태양광 발전에 따른 데이터를 저장하고, 환경센서의 데이터를 바탕으로 그 순시값을 이용하여 태양광 발전 시스템의 이상을 판단하고 고장을 진단함으로써, 불필요한 연산이 감소되어 빠른 연산이 가능하고, 단시간에 고장진단이 가능하며, 고장진단에 따른 정확도가 크게 향상되어 태양광 발전시스템을 보다 쉽게 관리할 수 있고 고장발생에 대하여 즉시 대응할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템이 도시된 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템의 제어구성이 도시된 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템의 고장진단을 위한 데이터 처리 흐름을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템의 발전데이터를 설명하는데 참조되는 도이다.
도 6은 도 5의 경사일사량에 따른 고장진단값을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 7은 도 5의 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템의 다른 날의 발전데이터가 도시된 도이다.
도 8은 도 5의 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템의 흐린 날의 발전데이터가 도시된 도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템이 도시된 도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템의 제어구성이 도시된 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템은, 적어도 하나의 태양광패널(100), 환경센서(200), 카메라(800), 접속반(500), 중앙제어부(300), 인버터(600), 모니터링장치(400)를 포함한다.
또한, 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템은 원거리에서 모니터링장치에 접속하여 정보를 수신하고 제어하는 관리단말(900)을 더 포함한다.
모니터링장치(400)는 하나의 제어기인 것을 예로 하며, 관리단말(900)이 접속할 수 있는 서버시스템을 포함할 수 있다.
태양광패널(100)은 각각의 패널에 복수의 태양광모듈(100a)을 포함하고, 입사되는 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 변환된 전기 에너지의 전력, 전압 및 전류 레벨을 추출한다.
접속반(500)은, 태양광패널(100)로의 역전류를 방지하며, 태양광패널(100)에서 수신한 전력 레벨값, 전류 레벨값 및 전압레벨값을 수신한다.
인버터(600)는 접속반(500)으로부터 수집된 직류전력을 수신하여 교류전력으로 변환한다. 변환된 교류전력은 수용가(700), 즉 전력을 소모하는 장치 또는 설비로 공급된다.
한편, 환경센서(200)는 가변인자로 이용하기 위하여 태양광 발전소의 수평면 및 경사면의 기상데이터를 수집한다. 환경센서(200)는 복수의 센서를 포함하여 일조량, 조도, 온도, 빗물량을 감지하여 중앙제어부(300)로 입력한다.
카메라(800)는 태양광패널의 태양광모듈 위에 쌓여진 눈, 낙엽, 먼지 등을 촬영하고, 주위를 감시하도록 설치된다.
중앙제어부(300)는 태양광패널(100), 접속반(500), 인버터(600)와 연결되어 데이터 수집하고 이상유무를 판단한다.
모니터링장치(400)는 중앙제어부(300)로부터 수신되는 태양광 발전데이터를 출력하고, 사용자로부터 제어명령을 입력 받아 중앙제어부(300)로 전송한다. 또한, 외부의 관리단말(900)이 접속되면, 관리단말(900)로 태양광 발전 데이터를 전송한다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 태양광패널(100)은, 복수개의 패널(101 내지 100n)이 상호 연결되어 빛에너지를 전기에너지로 변환한다.
복수개의 태양광패널은 각각 접속반(500)에 포함되는 복수의 단자대(510, 520)와 연결된다. 여기서, 복수의 태양광패널(100)은 설치 용량이 서로 다르거나 동일한 용량으로 설치될 수 있다.
환경센서(200)는 앞서 설명한 바와 같이, 일사량, 조도, 온도, 빗물을 감지한다.
이 중, 일사량은 태양광패널(100)이 설치된 설치 장소에 입사되는 일사량을 의미하는 것으로, 환경센서(200)는 지면과 수평한 상태의 수평면 일사량과 일정한 각도로 경사지게 설치되는 경사면 일사량을 측정한다.
수평면 일사량은 일반적인 일사량을 의미하는 것으로 이 수평면 일사량은 수평면 일사량 센서를 설치 위치에 설치함으로써 측정할 수 있다. 이 수평면 일사량 센서는 시간에 따른 태양의 위치에 관계없이 그 입광면의 각이 항상 그대로 유지된다. 수평면 일사량 센서는 태양광모듈 사이에 위치하거나, 또는 중앙부에 위치할 수 있다.
한편, 경사면 일사량(경사일사량)은 태양광패널(100)의 입광면에 경사면 일사량 센서를 부착함으로써 측정될 수 있다. 경사면 일사량 센서는 어느 하나의 태양광패널에만 부착될 수 있고, 또는 모든 태양광패널에 하나씩 부착될 수도 있다. 태양광패널은 입광면이 항상 태양의 방향을 추종하도록 이들의 극각 및 방위각이 시간에 따라 자동적으로 조절되므로, 태양광패널에 부착된 경사면 일사량 센서의 입광면 역시 항상 태양을 향하게 된다.
상기 온도센서는 태양광패널을 구성하는 태양광모듈에 부착되어 온도를 측정함과 더불어 태양광패널 주변의 대기온도를 측정한다.
중앙제어부(300)는 복수의 태양광패널에 대하여, 각각의 태양광모듈의 발전량을 감지하고, 이상을 판단하는 채널감시기(310)와, 입력되는 데이터를 바탕으로 고장을 판단하는 고장진단제어장치(320)를 포함한다.
채널감시기(310)는 접속반(500)에 포함되는 복수의 단자대로부터 각 태양광패널에 대한 발전량을 감지한다.
고장진단제어장치(320)는 환경센서(200), 채널감시기(310), 인버터(600)로부터 데이터를 수신하여, 태양광패널 및 태양광 발전시스템의 동작을 판단하고, 고장 여부를 판단한다.
고장진단제어장치(320)는 입력되는 데이터를 분석하여, 평균발전량의 순시값과 경사일사량의 순시값을 이용하여, 고장진단을 수행한다.
고장진단제어장치(320)는 일사량, 조도, 빗물 등의 환경데이터를 기준으로, 기 저장된 데이터와 비교하여 동일 환경 조건에서 기 저장된 발전데이터를 비교하여 이상을 판단할 수 있다. 또한, 고장진단제어장치(320)는 카메라(800)를 통해 촬영되는 영상을 분석하여 태양광패널의 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어 고장진단제어장치(320)는 조도가 높고 일사량이 크지만, 발전량이 적은 경우 이상여부를 판단할 수 있고, 또한, 태양광패널의 표면에 먼지에 의한 영향인지 여부를 카메라(800)의 영상분석을 통해 판단할 수 있다.
또한, 고장진단제어장치(320)는 경사일사량에 대한 평균발전량이 기준범위에 포함되는 경우 오류카운트를 초기화하고, 포함되지 않는 경우 오류카운트를 1씩 증가시킨다. 이때 고장진단제어장치(320)는 '맑은 날'을 기준으로 고장을 판단한다.
한편, 고장진단제어장치(320)는 인버터(600)로부터 입력되는 발전량데이터를 바탕으로 고장 여부를 판단한다.
고장진단제어장치(320)는 태양광패널(100)로부터 생성된 전기에너지의 직류전원의 발전량과, 인버터(600)에 의해 교류로 변환된 발전량을 각각 입력 받아 상호 비교함으로써, 인버터(600)의 고장을 판단할 수 있다.
여기서, 고장진단제어장치(320)가 일시적인 오류를 고장으로 판단할 수 있으므로, 오류가 반복하여 발생하는 경우 고장으로 진단한다. 따라서 고장진단제어장치(320)는 오류발생 시 오류카운트를 증가시키고, 오류카운트가 설정횟수에 도달하면, 고장이라고 판단한다. 고장진단제어장치(320)는 고장으로 판단되는 경우 고장정보를 저장한 후, 연결되는 단말(410)로 고장정보를 전송한다.
이때, 단말(410)은 모니터링장치(400) 또는 원격의 관리단말(900) 중 적어도 하나를 포함한다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템의 고장진단을 위한 데이터 처리 흐름을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고장진단제어장치(320)는 환경센서(200), 채널감시기(310), 인버터(600)로부터 데이터를 수신하여, 태양광패널 및 태양광 발전시스템의 동작을 판단하고, 고장 여부를 판단한다.
고장진단제어장치(320)는 인버터(600)로부터 발전데이터를 입력받고, 환경센서로부터 일사량, 온도, 조도, 빗물에 대한 환경데이터를 입력받으며, 채널감시기(310)로부터 채널별 발전량데이터를 입력받는다.
고장진단제어장치(320)는 입력되는 데이터를 메모리(미도시)에 저장한다.
고장진단제어장치(320)는 앞서 설명한 바와 같이 기 저장된 데이터에서 동일하거나 또는 소정의 오차범위내에서 유사한 환경의 데이터를 이용하여 발전량을 비교함으로써 고장을 진단한다.
또한, 고장진단제어장치(320)는 입력되는 데이터의 순시값을 이용하여 고장을 진단한다. 고장진단제어장치(320)는 순시값을 이용하여 고장을 진단하는 경우, 누적된 데이터를 검색하지 않고도 즉시 고장여부를 진단할 수 있다.
고장진단제어장치(320)는 인버터(600), 환경센서(200), 채널감시기(310)로부터 입력되는 데이터를 분석하여, 태양광모듈에 대한 평균발전량의 순시값을 산출한다. 이때 태양광모듈에 대한 평균발전량 순시값은 인버터로부터 입력되는 태양광 발전량의 순시값(Pw)을, 태양광모듈의 개수로 나누어 산출할 수 있다. 즉, 태양광모듈에 대한 평균발전량 순시값은 모듈별 평균 발전량의 순시값을 의미한다. 고장진단제어장치(320)는 채널감시기(310)로부터 채널별 전압과 전류값을 수신한다.
또한, 고장진단제어장치(320)는 입력되는 데이터를 바탕으로, 경사일사량(Sw)이 설정값 이상인지 여부를 우선 판단한다.
순시값을 이용한 고장진단에 있어서 '맑은 날'을 기준으로 고장을 판단한다. 만일, 고장진단제어장치(320)는 경사일사량(Sw)이 설정값 미만인 경우, '맑은 날'이라고 할 수 없으므로, 앞서 설명한 누적데이터를 이용하거나 또는 카메라의 영상을 분석하여 고장을 진단 할 수 있다. 이때, 고장진단제어장치(320)는 태양광패널로 입사되는 일사량을 판단해야 하므로, 경사각 일사량센서로부터 입력되는 경사일사량을 사용한다.
고장진단제어장치(320)는 경사일사량이 설정값 이상인 경우 '맑은 날'인 것으로 판단할 수 있고, 이 때 태양광모듈의 평균발전량의 순시값(Pw)을 경사일사량의 순시값(Sw)으로 나누어 고장진단값(Gw)을 산출한다.
고장진단제어장치(320)는 고장진단값(Gw)을 기 설정된 비교범위와 비교하여, 고장진단값(Gw)이 비교범위에 포함되는 경우 정상으로 판단하고, 기준범위에 포함되지 않는 경우 오류로 판단한다. 고장진단제어장치(320)는 정상 판단 시, 오류카운트를 0으로 초기화하고, 오류로 판단되는 경우 오류카운트를 증가시킨다.
예를 들어, 경사일사량(Sw)이 500 W/m2으로 맑은 날, 고장진단값(Gw)의 편차는 기준값 0.3에 대해 0.015(5%)가 될 수 있다.
즉, 기준 값 0.3을 5% 이상 벗어날 때에는 순간 오류(Error)로 판단하며, 지속적으로 기준값의 비교범위를 벗어나는 경우, 예를 들어 10회 이상 오류발생 시 오류카운트를 바탕으로 고장(Fault)로 판단한다.
이때, 기준값(0.3)은 및 태양광 패널 설치 지점 및 각도 등에 따라 값이 상이하게 설정될 수 있다. 태양광 발전시스템을 설치한 후 맑은 날(경사일사량이 400 W/m2 이상인 날)에 평균발전량의 순시값(Pw)을 경사일사량(Sw)으로 나누어 기준을 설정할 수 있다. 경우에 따라 기준값은 기 저장된 데이터로부터 통계를 산출하여 설정할 수 있다.
고장진단제어장치(320)는 고장 판단 시, 모니터링장치(400)에 고장정보를 출력하고, 연결된 관리단말(900)로 고장정보를 전송한다.
또한, 고장진단제어장치(320)는 인버터(600)로 입력되는, 발전량과 인버터(600)에 의해 변환된 발전량을 각각 입력 받아, 상호 비교함으로써 인버터(600)의 고장을 판단한다.
고장진단제어장치(320)는 채널감시기(310)로부터 입력되는 채널별 발전량을 이용하여 태양광패널(100)로부터 생성되는 전기에너지의 발전량을 확인한다. 또한, 고장진단제어장치(320)는 인버터(600)로부터 직류에서 교류로 변환된 발전량데이터를 입력받는다.
고장진단제어장치(320)는 인버터(600)에 의해 변환되기 전과 변환된 후의 발전량을 상호 비교하여 그 편차가 소정 범위내에서 일정한 경우 인버터가 정상인 것으로 판단하고, 발전량의 차이가 소정 범위를 벗어나는 경우 인버터의 고장으로 판단할 수 있다. 고장진단제어장치(320)는 발전량의 차이가 일정값 이상이면 오류카운트를 증가시키고, 오류카운트가 설정횟수에 도달하면 고장으로 판단한다.
고장진단제어장치(320)는 경우에 따라, 일반 오류와 인버터의 오류에 대한 기준을 별도로 설정하여, 인버터오류를 별도로 카운트하여 고장을 판단할 수 있다. 또한, 들어 고장진단제어장치(320)는 인버터오류가 1회 발생하면 즉시 고장으로 판단하여 관리단말 또는 모니터링장치로 고장을 통보할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어방법이 도시된 순서도이다.
태양광 발전시스템이 동작하여 빛에너지로부터 전기에너지를 생성하고, 인버터는 직류를 교류로 변환하여 수용가(700)로 공급한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 인버터(600)는 직류를 교류로 변환하면서 태양광패널을 통해 생성되는 발전량데이터를 중앙제어부(300)로 입력하고, 중앙제어부(300)는 인버터(600)로부터 수신되는 발전량데이터를 메모리에 저장한다(S410).
태양광패널(100)에 인접하여 설치되는 환경센서(200)는 구비되는 복수의 센서를 통해 일조량, 조도, 온도, 빗물을 감지하고, 감지된 환경데이터를 중앙제어부(300)로 입력한다(S420). 중앙제어부(300)는 환경센서(200)로부터 수신되는 환경데이터를 메모리에 저장한다.
또한, 채널감시기(310)는 태양광패널(100)의 채널별 전압과 전류를 입력하여 채널별 발전량을 입력하고, 중앙제어부(300)는 수신된 데이터를 메모리에 저장한다(S430).
고장진단제어장치(320)는 인버터(600)로부터 입력되는 발전량데이터와 채널감시기의 채널별 발전량을 바탕으로, 인버터에 의해 변환되기 전후의 발전량을 비교한다. 고장진단제어장치(320)는 인버터에 의해 직류에서 교류로 변환되기 전후의 발전량이 일정값 이상 차이나는 경우 인버터의 이상으로 판단하여 오류카운트를 증가시킨다. 경우에 따라 고장진단제어장치(320)는 인버터오류인 경우 즉시 고장으로 판단하여 고장을 통보할 수 있다.
고장진단제어장치(320)는 입력되는 데이터를 바탕으로 태양광 모듈에 대한 평균발전량의 순시값(Pw)을 산출한다(S440). 제 1 시간의 복수의 태양광모듈 전체의 발전량을 태양광모듈의 개수로 나누면 태양광 모듈별 평균발전량에 대한 순시값(Pw)을 산출할 수 있다.
고장진단제어장치(320)는 환경데이터를 바탕으로 경사일사량(Sw)이 설정값보다 큰지 여부를 판단한다(S450). 이때 설정값은 맑은 날을 기준으로 약 400 W/m2으로 설정될 수 있으나, 설치 환경에 따라 변경될 수 있다.
고장진단제어장치(320)는 경사일사량(Sw)이 설정값 미만이면 순시값을 이용한 고장진단을 중지하고 다음 시간의 데이터를 입력받는다(S410). 경사일사량(Sw)이 설정값 미만인 경우 '흐린 날'로 판정하고, 이 경우 기 저장된 데이터를 바탕으로 고장진단을 수행할 수 있다.
고장진단제어장치(320)는 경사일사량(Sw)이 설정값 이상이면, 경사일사량(Sw)에 따른 평균발전량(Pw)을 연산하여 고장진단값(Gw)을 산출한다(S460). 즉, 고장진단제어장치(320)는 기 산출된 모듈당 평균발전량(Pw)을 경사일사량(Sw)으로 나눈값을 고장진단값(Gw)으로 산출한다.
고장진단제어장치(320)는 고장진단값(Gw)을 비교범위와 비교하여 오류/고장 여부를 판단한다(S470). 이때 비교범위는 고장진단에 따른 기준값에 오차범위를 포함하여 설정된다. 기준값은 태양광 발전시스템 설치 시, '맑은 날' 생성되는 발전량을 바탕으로 설정된다. 예를들어 기준값은 0.3이 설정될 수 있다.
고장진단제어장치(320)는 산출된 고장진단값(Gw)이 비교범위에 포함되는 경우, 정상으로 판단하여 오류카운트를 0으로 초기화한다(S480). 이전 고장진단 시, 오류로 판단되었다 하더라도 고장진단값이 비교범위에 포함되는 경우에는 앞선 오류가 일시적인 것으로 판단하여 오류카운트를 0으로 초기화한다.
한편, 고장진단제어장치(320)는 고장진단값(Gw)이 비교범위에 포함되지 않는 경우, 오류로 판단하여 오류카운트를 1 증가시킨다(S490).
고장진단제어장치(320)는 오류카운트를 설정횟수와 비교한다(S500). 고장진단제어장치(320)는 오류카운트가 설정횟수 미만이면, 오류상태를 저장한 후(S510) 다음 동작을 계속 한다(S410).
오류카운트가 설정횟수에 도달하여 설정횟수 이상이면, 고장진단제어장치(320)는 오류가 반복하여 발생하므로, 고장으로 판단하고, 고장정보 및 그에 대한 에러를 단말(410)로 통보한다(S520). 이때 고장진단제어장치(320)는 모니터링장치(400)로 고장정보를 전송하여 모니터링장치(400)를 통해 고장정보가 출력되도록 하고, 또한, 등록된 관리단말(900)로 고장정보를 전송한다.
고장진단제어장치(320)는 고장판정에 따른 정보를 메모리에 저장한다(S530).
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템의 발전데이터를 설명하는데 참조되는 도이고, 도 6은 도 5의 경사일사량에 따른 고장진단값을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5의 (a)는 A지역의 3kW의 태양광 발전시스템의 발전데이터이고 도 5의(b)는 도 5의 (a)에서 모듈발전량과 인버터 출력을 비교한 그래프이며, 도 5의(c)는 모듈온도를 나타낸 것이고, 도 5의(d)는 모듈별 평균발전량과 모듈온도, 경사일사량의 관계가 도시된 그래프이다.
도 5의(a)는 경사일사량(Sw)이 시간의 흐름에 따라 증가하여 기준값 이상이 되는 '맑은 날'의 발전데이터이다.
맑은 날이므로 경사일사량(Sw)이 증가함에 따라 모듈 발전량과 인버터 출력이 가변하게 된다.
도 5의 (b)에서 회색으로 표시된 곡선(계열 3)은 모듈 발전량, 도 5의 (b)에서 노란색으로 표시된 곡선(계열 4)은 인버터 출력을 의미하며, 도 5의 (b)와 같이, 모듈 발전량과 인버터 출력은 그 값에 소정의 차이는 있으나 유사한 형태로 추종하며 변화하는 것을 알 수 있다. 여기서, 모듈 발전량은 태양광패널의 모듈에 대한 발전량이므로 인버터 출력에 대응하게 된다.
도시된 바와 같이, 태양광 발전시스템이 정상 상태인 경우, 모듈발전량과 인버터출력은 소정 범위 내에서 편차가 발생한다. 그러나 인버터에 이상이 있는 경우, 모듈발전량과 인버터출력 간의 차이가 크게 증가하게 된다. 따라서 고장진단제어장치(320)는 모듈발전량과 인버터출력을 상호 비교하여, 그 편차를 산출하고, 편차에 따라 인버터의 고장을 판단 할 수 있다.
도 5의 (c) 같이 일사량이 증가함에 따라 모듈의 온도도 증가하게 된다. 그러나 일부구간에서 모듈의 온도와 발전량 사이에 편차가 발생하므로, 도 5의 (d)와 같이 모듈별 발전량과 모듈의 온도는 일정한 값을 유지하지 못하게 된다. 따라서, 모듈의 온도는 태양광 모듈의 고장진단을 위한 변수로 선택되기에 부적절함을 알 수 있다.
한편, 경사일사량이 변경됨에 따라 모듈 발전량과 인버터 출력이 유사한 형태로 변화하는 것을 이용하여, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 모듈별 평균발전량(Pw)을 경사일사량(Sw)으로 나눈 값(고장진단값, Gw)은 일정한 값을 나타낸다.
도 6의 (a)에서 경사일사량이 설정값 이상, 즉 약 400 W/m2 이상이 되는 구간 동안, 도 6의 (b)에 도시된 고장진단값이 일정범위 내에서 형성됨을 알 수 있다.
그에 따라, 고장진단제어장치(320)는 경사일사량(Sw)이 설정값 이상인 경우에 대하여, 모듈별 평균발전량(Pw)과 경사일사량(Sw)을 이용하여 발전량이 정상인지 여부를 판단하는 고장진단을 수행할 수 있다.
도 7은 도 5의 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템의 다른 날의 발전데이터가 도시된 도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 도 5와는 다른 날, 경사일사량과 발전량을 변화를 살펴보면, 도 7의 (a) 및 (c)와 같이 경사일사량이 변화함에 따라 발전량이 변경되는 것을 알 수 있다. 여기서, 도 7의 (a)에서 회색으로 표시된 곡선(계열 3)은 모듈 발전량, 도 7의 (a)에서 노란색으로 표시된 곡선(계열 4)은 인버터 출력을 의미한다.
또한, 도 7의 (b)및 (d)와 같이, 경사일사량이 설정값, 즉 400 W/m2 이상인 구간 동안에 모듈별 평균발전량을 경사일사량으로 나눈 고장진단값이 일정 범위내에서 형성된다.
그에 따라 고장진단제어장치(320)는 경사일사량이 설정값 이상인 경우에 대하여 모듈별 평균발전량을 경사일사량을 이용하여 고장진단을 수행한다.
한편, 도 8은 도 5의 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템의 흐린 날의 발전데이터가 도시된 도이다. 도 8의 (a)및 (b)와 같이 경사일사량이 일정하지 않은 '흐린 날'의 경우, 모듈별 평균발전량을 경사일사량으로 나눈 고장진단값의 편차가 크게 나타나므로 흐린 날의 경우 평균발전량과 경사일사량을 이용한 고장진단이 불가능 하므로, 기 저장된 데이터를 이용하여 판단하거나, 카메라 등을 이용하여 고장진단을 수행한다.
따라서 본 발명은 경사일사량이 설정값 이상인 '맑은 날'에 대하여, 평균발전량과 경사일사량을 이용하여 고장진단을 수행함으로써, 간단한 연산만으로 발전상태를 확인할 수 있고, 연산부하가 적어 단시간에 고장진단이 가능하므로 이상 발생 시 빠르게 대처할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 실시예에 따라서는 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
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.
100: 태양광 패널 100a: 태양광모듈
200: 환경센서 300: 중앙제어부
310: 채널감시기 320: 고장진단제어장치
400: 모니터링장치 500: 접속반
600: 인버터 800: 카메라
900: 관리단말

Claims (15)

  1. 복수의 태양광모듈로 구성되어 빛에너지로부터 전기에너지를 생성하는 태양광패널;
    상기 태양광패널로부터 생성되는 직류전류를 교류전류로 변환하는 인버터;
    상기 태양광패널 또는 상기 태양광패널에 인접하여 설치되어 환경데이터를 측정하는 환경센서;
    상기 태양광패널의 채널별 전류값 및 전압값을 측정하고 채널별 발전량을 감지하는 채널감시기; 및
    상기 채널감시기, 상기 환경센서, 및 상기 인버터로부터 입력되는 데이터를 분석하여, 상기 태양광모듈에 대한 평균발전량과 경사일사량을 바탕으로 상기 태양광패널의 고장여부를 진단하고, 고장을 통보하는 고장진단제어장치를 포함하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장진단제어장치는, 상기 경사일사량이 설정값 이상인 경우, 상기 태양광모듈에 대한 평균발전량과 경사일사량을 바탕으로 상기 태양광패널의 고장여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장진단제어장치는, 상기 채널감시기로부터 입력되는 발전량과 상기 인버터로부터 입력되는 발전량을 비교하여, 상기 인버터의 고장을 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 고장진단제어장치는 상기 채널감시기의 발전량과 상기 인버터의 발전량의 편차가 일정값 이상이면, 상기 인버터의 고장으로 판단하여 고장을 통보하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장진단제어장치는, 상기 인버터로부터 입력되는 발전량을 상기 태양광모듈의 수로 나누어 상기 평균발전량을 산출 하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 고장진단제어장치는, 상기 평균발전량을 상기 경사일사량으로 나누어, 고장여부를 판단하기 위한 고장진단값을 산출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고장진단제어장치는, 상기 평균발전량의 순시값, 상기 경사일사량의 순시값을 이용하여 상기 고장진단값을 산출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 고장진단제어장치는, 상기 고장진단값이 기 설정된 비교범위에 포함되는 경우 정상으로 판단하고, 상기 비교범위에 포함되지 않는 경우 오류로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 고장진단제어장치는, 초기 설치 시, 상기 경사일사량이 설정값 이상인 상태에서 측정되는 발전량을 바탕으로 고장진단에 대한 기준값을 설정하고, 상기 기준값에 오차범위를 포함하여 상기 비교범위를 설정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 고장진단제어장치는, 정상인 경우 오류카운트를 초기화 하고,
    오류인 경우 오류정보를 저장하고 오류카운트를 증가시키며,
    상기 오류카운트가 설정횟수에 도달하면, 반복적으로 오류가 발생함에 따라 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어시스템.
  11. 인버터, 환경센서, 채널감시기로부터 데이터가 입력되는 단계;
    상기 데이터를 분석하여 태양광 모듈에 대한 평균발전량을 산출하는 단계;
    상기 환경센서로부터 입력되는 경사일사량을 설정값과 비교하는 단계;
    상기 경사일사량이 상기 설정값 이상인 경우 상기 평균발전량과 상기 경사일사량으로부터 태양광패널에 대한 고장진단을 수행하는 단계; 및
    고장진단 결과, 고장인 경우 고장정보를 저장하고 고장정보를 등록된 기기로 전송하여 고장을 통보하는 단계를 포함하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 고장진단 단계는,
    상기 평균발전량을 상기 경사일사량으로 나누어 고장여부를 판단하기 위한 고장진단값을 산출하는 단계; 및
    상기 고장진단값을 기 설정된 비교범위와 비교하여 고장여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 고장진단값이 상기 비교범위에 포함되는 경우, 정상으로 판단하는 단계; 및
    상기 고장진단값이 상기 비교범위에 포함되지 않는 경우, 오류로 판단하는 단계;를 더 포함하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 정상 판단 시, 오류카운트를 초기화하는 단계;
    상기 오류로 판단 시, 상기 오류카운트를 증가시키는 단계; 및
    상기 오류카운트가 설정횟수에 도달하는 경우, 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 인버터로부터 입력되는 발전량과, 상기 채널감시기로부터 입력되는 발전량을 상호 비교하는 단계;
    상기 채널감시기의 발전량과 상기 인버터의 발전량의 편차가 일정값 이상이면, 상기 인버터의 고장으로 판단하는 단계; 및
    고장을 관리단말 또는 모니터링장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 태양광 발전시스템의 고장진단 제어방법.
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