KR20180129399A - 태양광 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
태양광 발전 시스템에 대해 개신한다. 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템은 태양전지를 이용하여 전력을 생성하는 복수의 태양광 모듈, 각 태양광 모듈의 고장 이력 데이터를 생성하고 고장 이력 데이터를 이용하여 복수의 태양광 모듈별로 수명 예측 정보를 계산하는 클라우드 서버, 및 외부로부터 발전 제한 신호를 수신하여 복수의 태양광 모듈을 제한 발전시키는 경우, 수명 예측 정보를 이용하여 복수의 태양광 모듈 각각의 발전 전력 생산량을 제한하는 게이트웨이 프로세서를 포함하는바, 태양광 모듈의 로드 밸런스를 조절하고, 태양광 발전 시스템의 관리 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 이룰 수 있다.
Description
본 발명은 대단위로 조성된 태양광 발전소의 태양광 모듈별로 부속기기들까지 예측 수명을 수시로 계산한 후, 태양광 모듈들을 제한 발전시킬 때, 수명 예측 정보를 이용하여 예측 수명이 짧은 순서로 각 태양광 모듈의 발전 전력 생산량을 제한함으로써, 태양광 모듈의 로드 밸런스를 조절할 수 있는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전은 태양광을 전기 에너지로 바꾸어 전력을 생산하기 위한 것으로서, 다수의 태양 전지들이 어레이(PV-array)된 태양광 모듈(Photovoltaic Panel)을 이용하여 전기를 대규모로 생산하는 발전 시스템이다.
이러한 태양광 발전 시스템은 태양의 빛을 받아 직류 전기를 발생시키는 태양전지가 어레이된 태양광 모듈, 각각의 태양광 모듈에서 발생된 직류 전기를 단위 스트링별로 모을 수 있도록 연결되는 접속 모듈, 및 각각의 접속 모듈에 모인 전체 직류 전기를 교류 전기로 변환시키는 전력 변환 장치(PCS: Power Conditioning System)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
태양전지가 어레이된 다수의 태양광 모듈은 직/병렬 구조로 접속 모듈에 연결되어, 단위 스트링별로 직류 전기들을 접속 모듈로 통합 전송한다. 이러한 다수의 태양광 모듈은 외부 환경에 노출된 상태로 장시간 배치 및 유지되기 때문에, 환경 변화의 영향을 많이 받게 된다. 따라서, 대량으로 배치된 태양광 모듈일수록 고장 진단, 예측 및 유지 관리 보수가 철저해야 그 효율을 유지할 수 있다.
종래에는 태양광 모듈의 고장 검출을 위해, 각각의 태양광 모듈에 진동, 충격, 온도, 전력 파라미터 등을 실시간 감지하는 고장 감지장치를 구성하여, 실시간 감지된 신호들로 태양광 모듈의 고장 여부를 판단하기도 하였다.
하지만, 종래의 고장 감지 가능한 태양광 시스템의 경우에는 단순히 고장 여부를 판단할 뿐, 기기 수명에 대해선 감안하지 않고 동작을 제어하게 된다. 이에, 종래에는 발전 제한 서버로부터의 제어 신호 발생 시, 수명을 고려하지 않고 각 태양 전지패널을 오프시키는 제어 방법을 수행한다. 이 경우, 사이트 내의 기기들의 수명을 고려하지 않았기 때문에 보다 빠른 기기의 교체를 가져오고, 또한 대부분 같은 기기를 사용하는 사이트의 특성 상 아직 수명에 이상이 없는 기기들까지 더불어 교체함으로써 사이트 운용에 부담을 가져오는 문제를 야기시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대단위로 조성된 태양광 발전소의 태양광 모듈별로 부속기기들까지 예측 수명을 수시로 계산한 후, 외부로부터 발전 제한 신호를 수신하여 태양광 모듈들을 제한 발전시킬 때, 수명 예측 정보를 이용하여 예측 수명이 짧은 순서로 각 태양광 모듈의 발전 전력 생산량을 제한함으로써, 태양광 모듈의 로드 밸런스를 조절할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템은 태양전지를 이용하여 전력을 생성하는 복수의 태양광 모듈, 각 태양광 모듈의 고장 이력 데이터를 생성하고 고장 이력 데이터를 이용하여 복수의 태양광 모듈별로 수명 예측 정보를 계산하는 클라우드 서버, 및 외부로부터 발전 제한 신호를 수신하여 복수의 태양광 모듈을 제한 발전시키는 경우, 수명 예측 정보를 이용하여 복수의 태양광 모듈 각각의 발전 전력 생산량을 제한하는 게이트웨이 프로세서를 포함한다.
상기와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 태양광 발전 시스템은 대단위로 조성된 태양광 발전소의 태양광 모듈별로 부속기기들까지 예측 수명을 수시로 계산한 후, 외부로부터 발전 제한 신호를 수신하여 태양광 모듈들을 제한 발전시킬 때, 수명 예측 정보를 이용하여 예측 수명이 짧은 순서로 각 태양광 모듈의 발전 전력 생산량을 제한할 수 있다. 이에, 태양광 모듈의 로드 밸런스를 조절하고, 태양광 발전 시스템의 관리 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 클라우드 서버를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 고장 이력 데이터 생성부를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 2에 도시된 게이트웨이 프로세서를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 클라우드 서버를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 고장 이력 데이터 생성부를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 2에 도시된 게이트웨이 프로세서를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 태양광 발전 시스템은 태양전지를 이용하여 전력을 생성하는 복수의 태양광 모듈(100), 태양광 모듈(100) 각각의 전압 값, 전류 값 또는 전력값을 센싱하고, 센싱된 전압 값, 전류 값 또는 전력 값을 미리 설정된 기준치와 비교하여 고장을 판단하는 복수의 고장 진단부(250), 태양광 모듈(100) 각각의 고장 이력 데이터를 생성하고 고장 이력 데이터를 이용하여 복수의 태양광 모듈(100)별로 수명 예측 정보를 계산하는 클라우드 서버(400), 및 외부로부터 발전 제한 신호를 수신하여 복수의 태양광 모듈을 제한 발전시키는 경우, 수명 예측 정보를 이용하여 복수의 태양광 모듈 각각의 발전 전력 생산량을 제한하는 게이트웨이 프로세서(600)를 포함한다.
클라우드 서버(400)는 고장 발생시, 고장 이력 데이터와 제품별 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 기초로 고장 원인과 고장 부위를 빠르게 판단하고, 모니터나 메시지를 이용해서 고장 정보를 관리자에게 알린다. 또한, 제조사 및 제품 모델별 고장 복구 이력을 포함하는 고장 원인 정보, 고장 복구 사항, 제품별 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 기초로 각 태양광 모듈(100)에 대한 고장 발생 여부를 예측하고, 예측된 고장 발생 정보를 관리자에게 전달한다.
도 1에 도시된, 복수의 태양광 모듈(100)에는 복수의 태양전지가 직사각 또는 곡선형의 프레임에 배열되도록 구성되는바, 각각의 태양광 모듈(100)은 태양 전지들을 이용해서 발전 전력을 생성한다. 이때, 각각의 태양 전지들을 통해서는 직류 또는 교류 전압을 생성하고 전류를 발생시킬 수 있다. 여기서 생성된 직류 또는 교류 전압과 전류는 발전 전력으로서 적어도 하나의 인버팅 장치(300)에 일괄 전송된다.
복수로 마련된 태양광 모듈(100)은 서로 직렬 연결되도록 배치될 수 있다. 이에, 도 1에는 직렬 구조만을 도시하였으나, 복수의 태양광 모듈(100)은 병렬로 연결되도록 배치될 수 있고, 직렬 및 병렬이 조합된 구조로 다양하게 배치될 수 있음에, 도 1의 구조로 한정되지 않는다.
도 1에서는 고장 진단부(250)가 태양광 모듈(100)에 각각 일대일 대응된 구성을 도시하였지만, 고장 진단부(250)는 태양광 모듈(100)의 개수와 상관 없이 단수개로 별도 구성되어 태양광 모듈(100)의 고장 여부를 검출할 수도 있다.
고장 진단부(250)는 태양광 모듈(100)에서 각각 생성된 전압 값, 전류 값, 또는 전력 값을 미리 설정된 기준치와 비교한다. 그리고 비교 결과에 따라 고장 여부를 판단하여, 정상 또는 고장을 알리는 고장 판단 신호를 게이트웨이 프로세서(600)로 전송한다. 이에, 고장 판단 신호는 클라우드 서버(400)로 까지 전송될 수 있다.
특히, 고장 진단부(250)는 센싱된 태양광 모듈(100)의 전압 값, 전류 값, 또는 전력 값을 미리 설정된 기준치와 비교하여, 전압 값, 전류 값, 또는 전력 값이 미리 설정된 기준치보다 높으면 업 레벨로 가변하는 고장 판단 신호를 게이트웨이 프로세서(600)로 전송한다. 반면, 각각의 고장 진단부(250)는 전압 값, 전류 값, 또는 전력 값이 미리 설정된 기준치보다 낮으면 다운 레벨로 가변하는 고장 판단 신호를 출력한다. 따라서, 다운 레벨로 가변하는 고장 판단 신호가 출력되었을 때, 클라우드 서버(400)에서는 고장으로 확정할 수 있다.
클라우드 서버(400)는 각각의 태양광 모듈(100)별로 고장 판단되면, 고장 복구시에 관리자의 입력 및 제어에 따라 그 고장 원인과 고장 복구 사항을 저장한다. 그리고 이후에 추가로 태양광 모듈(100)의 고장이 판단되면, 고장 원인 고장 복구 이력, 및 고장 패턴을 포함하는 고장 이력 데이터를 비롯하여, 제조사 및 제품 모델별 고장 복구 이력 정보, 및 수명 정보를 모두 이용하여 고장이 발생한 태양광 모듈(100)의 고장원인을 분석 및 확정한다.
전술한 바와 같이, 클라우드 서버(400)는 각각의 태양광 모듈(100)별 제조사 및 제품 모델별 고장 복구 이력 정보, 및 수명 정보를 포함하는 고장 이력 데이터를 참조하고 감안하여, 각 태양광 모듈(100)의 고장 원인과 고장 예측 정보까지 정확하게 판단할 수 있다. 이에, 클라우드 서버(400)는 각각의 태양광 모듈(100)별 고장 이력 데이터를 참조하여, 각각의 태양광 모듈(100)별로 수명 예측 정보를 계산한다.
이와 더불어, 클라우드 서버(400)는 복수의 태양광 모듈(100)별 발전 전력량과 발열 온도 및 외부로부터의 환경 정보를 이용하여 미리 설정된 기간 단위로 복수의 태양광 모듈별로 수명 예측 정보를 계산할 수도 있다.
게이트웨이 프로세서(600)는 발전 제한 서버나 외부의 발전 제한 기관으로부터 발전 제한 신호를 수신하여 복수의 태양광 모듈(100)을 제한 발전시키는 경우, 계산된 적어도 어느 하나의 수명 예측 정보를 선택적으로 이용하여 복수의 태양광 모듈 각각의 발전 전력 생산량을 제한한다.
여기서, 복수의 태양광 모듈(100)을 제한 발전시키는 경우에는 발전 제한 신호에 따라 복수의 태양광 모듈(100) 중 적어도 하나의 태양광 모듈 발전을 선택해서 중단시키거나, 선택된 각 태양광 모듈의 발전전력 출력량이 낮아지도록 조절하게 된다. 각 태양광 모듈의 발전전력 출력량 제어 방식은 이후에 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 하기로 한다.
클라우드 서버(400)는 복수의 태양광 모듈(100)별 발전 전력량과 발열 온도 및 외부로부터의 환경 정보 등을 이용하여, 수시로 또는 미리 설정된 기간 단위로 복수의 태양광 모듈(100)별로 예측 수명을 계산하여 수명 예측 정보를 생성할 수 있다. 그리고 생성된 수명 예측 정보는 게이트웨이 프로세서(600)와 공유한다.
구체적으로, 클라우드 서버(400)는 복수의 태양광 모듈(100)별로 발전 전력량을 센싱하여 태양광 모듈(100)별 발전 전력량 정보를 생성 및 저장한다. 그리고 외부의 환경 정보를 이용해서는 온도, 습도, 풍량, 기온, 태양광 밝기에 대한 기상 데이터를 생성한다. 이때, 클라우드 서버(400)는 복수의 태양광 모듈 각각에 포함된 부속기기들의 온도 변화를 센싱하여, 각 태양광 모듈(100)의 부속기기별로도 온도 데이터를 생성할 수 있다.
클라우드 서버(400)는 태양광 모듈(100)별 발전 전력량 정보, 복수의 태양광 모듈(100) 각각에 포함된 부속기기들의 제조일자와 수명 정보, 기상 데이터, 온도 데이터를 모두 클라우드 DB에 저장한다. 그리고 태양광 모듈(100)별 발전 전력량 정보, 복수의 태양광 모듈(100) 각각에 포함된 부속기기들의 제조일자와 수명 정보, 기상 데이터, 온도 데이터 중 적어도 하나의 정보나 데이터를 이용하여 각각의 태양광 모듈(100)에 대한 수명을 예측하고, 수명 예측 정보를 생성한다. 이때는 복수의 태양광 모듈(100) 각각에 포함된 부속기기들에 대한 수명 예측 정보도 별도로 생성할 수 있다.
클라우드 서버(400)는 복수의 태양광 모듈(100) 각각에 포함된 부속기기들의 제조일자 대비 수명 정보(평균 수명 정보)만을 이용해서도 제조일자를 기준으로 한 사용 유효 기간, 및 평균 수명에 따른 잔여 사용 기간 등을 예측할 수 있다. 마찬가지로, 태양광 모듈(100) 각각의 부속기기별로도 잔여 사용 기간을 예측하여 각 태양광 모듈(100)의 잔여 수명 또한 예측할 수 있다.
이와 더불어, 클라우드 서버(400)는 수명 예측 정보에 대한 정확성을 부가하기 위해 클라우드 서버(400)는 복수의 태양광 모듈별 발전 전력량 정보와 기상 데이터, 및 온도 데이터를 미리 설정된 기간(예를 들어, 1개월 기간)별로 비교하고, 비교 결과 동일 온도나 기후에서 발전 전력량이 저하되는 정도에 따라 잔여 사용 기간 등을 예측할 수 있다. 동일 온도나 기후에서, 평균치 대비 발전 전력량 저하 폭이 큰 태양광 모듈(100)이나, 태양광 모듈(100) 각각에 포함된 부속기기들 일수록 잔여 수명은 적게 평가될 수 있다.
클라우드 서버(400)에서 각각의 태양광 모듈(100) 및 부속기기별로 수명 정보가 예측되면, 전력 제한 발전 기간에는 복수의 태양광 모듈(100) 중 수명이 적게 남은 태양광 모듈(100)의 순서로 발전량을 제한하게 된다.
일반적으로, 전력 계통에 문제가 생겨 전력이 차단되어야 하거나, 전력 소비량이 기준치 이하로 예측되는 경우에는 외부의 발전 제한 서버나 발전 제어 기관 등에서 발전 제한 신호를 각 발전소의 관제 서버나 게이트웨이 프로세서(600) 등으로 전송한다. 이에, 각 발전소의 게이트웨이 프로세서(600)나 관제 서버에서는 발전 제한 신호에 대응하여 발전 전력량을 제한한다.
이렇게 발전 제한 신호에 의해 각 태양광 모듈(100)의 발전 전력량을 제한하는 경우, 본 발명의 게이트웨이 프로세서(600)는 클라우드 서버(400)에서 수시로 계산된 수명 예측 정보를 이용하여, 복수의 태양광 모듈(100) 중 수명이 적게 남은 태양광 모듈(100)의 순서로 발전 가동을 중단시키거나, 각 태양광 모듈(100) 별로 발전전력 출력량이 낮아지도록 조절하게 된다.
이를 위해, 게이트웨이 프로세서(600)는 클라우드 서버(400)에서의 수명 예측 정보에 따라 예측 수명이 짧은 태양광 모듈일수록 먼저 동작이 중지되도록 복수의 태양광 모듈에 각각 대응되는 제1 발전 제어신호를 생성하거나, 예측 수명이 짧은 태양광 모듈일수록 발전 전력 출력량 적어지도록 복수의 태양광 모듈에 각각 대응되는 제2 발전 제어신호를 생성한다.
태양광 모듈의 발전전력 출력량 조절을 위해, 본 발명의 태양광 발전 시스템은 게이트웨이 프로세서(600)로부터 수신되는 제1 발전 제어신호에 따라 복수의 태양광 모듈(100) 중 적어도 하나의 태양광 모듈의 발전 전력 출력을 차단함으로써, 전력 출력이 차단된 태양광 모듈의 동작을 중지시키는 적어도 하나의 선택 출력부(200), 및 게이트웨이 프로세서(600)로부터의 제2 발전 제어신호에 따라 복수의 태양광 모듈(100)별로 발전 전력 출력량을 조절하여 복수의 태양광 모듈(100)별로 동작 시간이 제어되도록 하는 적어도 하나의 인버팅 장치(300)를 포함한다. 그리고 온도, 습도, 풍량, 기온, 태양광 밝기 정보 중 적어도 하나의 환경 정보를 센싱하여 게이트웨이 프로세서(600) 또는 클라우드 서버(400)로 전송하는 외부 센서부(500)를 더 포함하기도 한다.
적어도 하나의 선택 출력부(200)는 자신과 전기적으로 연결된 복수의 태양광 모듈(100)로부터 생성된 발전 전력을 수신한 후, 각 태양광 모듈(100)로부터 생성된 발전 전력을 제1 발전 제어신호에 따라 선택적으로 인버팅 장치(300)에 전송하거나, 차단할 수 있는 스위칭 장치를 포함한다. 이에, 적어도 하나의 선택 출력부(200)는 전력 제한 발전 기간에 게이트웨이 프로세서(600)로부터 수신되는 제1 발전 제어신호에 따라 예측 수명이 짧은 순서의 태양광 모듈(100)부터 발전 전력 출력이 차단되도록 함으로써 예측 수명이 짧은 순서의 태양광 모듈(100)부터 동작이 중지되도록 한다. 이러한 선택 출력부(200)는 각각의 태양광 모듈(100) 동작을 중지시키는 온/오프의 역할만 수행하므로, 발전 전력 출력량을 수치적으로 제어하기는 어렵다.
반면, 적어도 하나의 인버팅 장치(300)는 자신과 전기적으로 연결된 복수의 태양광 모듈(100)로부터 생성된 발전 전력을 수신한 후, 각 태양광 모듈(100)로부터 생성된 발전 전력을 제2 발전 제어신호에 따라 출력량을 수치적으로 제한해서 인버팅 장치(300)에 전송하거나, 차단할 수 있는 출력량 조절 장치를 포함한다. 이에, 적어도 하나의 인버팅 장치(300)는 전력 제한 발전 기간에 게이트웨이 프로세서(600)로부터 수신되는 제2 발전 제어신호에 따라 예측 수명이 짧은 순서의 태양광 모듈(100)부터 발전 전력 출력량이 큰 폭으로 조절되도록 함으로써, 예측 수명이 짧은 순서의 태양광 모듈(100)부터 동작이 중지되거나, 출력량이 큰 폭으로 낮아지도록 조절한다. 이에, 적어도 하나의 인버팅 장치(300)는 발전 전력 출력량을 수치적인 비율로 정확하게 조절하고, 그에 대응되게 각각의 태양광 모듈(100) 동작이 제안되도록 할 수 있다.
한편, 적어도 하나의 인버팅 장치(300)는 각각의 태양광 모듈(100)로부터 수신되는 발전 전력, 구체적으로는 발전 전압이나 전류를 취합하여 직류/교류 전압으로 인버팅하고, 인버팅된 직류/교류 전압을 계통 전력으로 공급하기도 한다. 이를 위해, 구체적으로, 적어도 하나의 인버팅 장치(300)는 각각의 태양광 모듈(100)로부터 생산되는 전압과 전류를 직류 또는 교류로 변환시켜 계통으로 전달하기 위해, 1차 측과 2차 측의 전력 계통을 전기적으로 절연하는 절연 변압기, 교류 전압을 직류 전압으로 평활화하는 커패시터, 입/출력 전류 리플을 줄이는 필터 인덕터, 대전력의 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 절연 게이트 양극성 트랜지스터) 및 입력된 직류전원을 평활화하는 링크 커패시터 등을 포함하여 구성될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 클라우드 서버를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 2의 클라우드 서버(400)는 전력량 산출부(410), 기상 데이터 생성부(420), 온도 데이터 생성부(430), 클라우드 DB(450), 고장 이력 데이터 생성부(470) 및 수명 예측부(440)를 포함한다.
구체적으로, 전력량 산출부(410)는 복수의 태양광 모듈(100)별 발전 전력량을 센싱한다. 전력량 산출부(410)에서 센싱된 발전 전력량은 수명 예측 정보에 대한 정확성 부가를 위해 복수의 태양광 모듈별 발전 전력량 정보와 기상 데이터, 및 온도 데이터를 비교할 때 이용된다. 발전 전력량이 동일 온도나 기후에서, 평균치 대비 발전 전력량 저하 폭이 큰 태양광 모듈(100)이나, 태양광 모듈(100) 각각에 포함된 부속기기들 일수록 잔여 수명은 적게 평가될 수 있기 때문이다.
기상 데이터 생성부(420)는 외부의 환경 정보를 이용하여 온도, 습도, 풍량, 기온, 태양광 밝기에 대한 기상 데이터를 생성한다. 생성된 기상 데이터는 발전 전력량 정보와 함께 태양광 모듈(100)이나, 태양광 모듈(100) 각각에 포함된 부속기기들의 잔여 수명 평가시 이용된다.
온도 데이터 생성부(430)는 복수의 태양광 모듈(100) 각각에 포함된 부속기기들의 온도 변화를 센싱하여 각 태양광 모듈(100)의 부속기기별로 온도 데이터를 생성한다. 여기서, 각 태양광 모듈(100)의 부속기기별로 온도 데이터 부속기기들의 잔여 수명 평가시 이용된다.
클라우드 DB(450)는 복수의 태양광 모듈별 발전 전력량, 복수의 태양광 모듈 각각에 포함된 부속기기들의 제조일자와 수명 정보, 기상 데이터, 온도 데이터를 모두 저장하고 수명 예측부(440)와 공유한다.
고장 이력 데이터 생성부(470)는 각각의 태양광 모듈(100)별 고장 원인 정보, 고장 복구 사항, 제조사 및 제품 모델별 고장 복구 이력, 제품별 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 포함하는 고장 이력 데이터를 이용하여 고장이 발생한 태양광 모듈(100)에 대한 고장 원인을 확정할 수 있다. 고장 이력 데이터 생성부(470)는 고장 이력 데이터를 클라우드 DB(450)하고, 수명 예측부(440)와 공유한다.
수명 예측부(440)는 복수의 태양광 모듈 각각에 포함된 부속기기들의 제조일자와 수명 정보, 복수의 태양광 모듈별 발전 전력량, 기상 데이터, 온도 데이터를 이용하여 복수의 태양광 모듈 또는 복수의 태양광 모듈 각각에 포함된 부속기기별로 예측 수명을 계산한 후 수명 예측 정보를 생성한다.
수명 예측부(440)는 복수의 태양광 모듈(100) 각각에 포함된 부속기기들의 제조일자 대비 수명 정보(평균 수명 정보)만을 이용해서도 제조일자를 기준으로 한 사용 유효 기간, 및 평균 수명에 따른 잔여 사용 기간 등을 예측할 수 있다. 마찬가지로, 태양광 모듈(100) 각각의 부속기기별로도 잔여 사용 기간을 예측하여 각 태양광 모듈(100)의 잔여 수명 또한 예측할 수 있다. 이와 더불어, 수명 예측부(440)는 수명 예측 정보에 대한 정확성을 부가하기 위해 복수의 태양광 모듈별 발전 전력량 정보와 기상 데이터, 및 온도 데이터를 미리 설정된 기간별로 비교하고, 비교 결과 동일 온도나 기후에서 발전 전력량이 저하되는 정도에 따라 잔여 사용 기간 등을 예측할 수 있다.
또한, 수명 예측부(440)는 관리자 선택에 따라 각각의 태양광 모듈(100)별 고장 원인 정보, 고장 복구 사항, 제조사 및 제품 모델별 고장 복구 이력, 제품별 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 포함하는 고장 이력 데이터를 이용하여, 각각의 태양광 모듈(100) 또는 태양광 모듈 각각에 포함된 부속기기별로 예측 수명을 계산한 후 수명 예측 정보를 생성하기도 한다.
도 3은 도 2에 도시된 고장 이력 데이터 생성부를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 3에 도시된 고장 이력 데이터 생성부(470)는 고장 위치 판단부(471), 고장 부위 판단부(472), 고장 패턴 분석부(473), 및 고장 시기 예측부(474)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 고장 위치 판단부(471)는 각각의 고장 진단부(250)로부터 각각 입력되는 고장 판단 신호에 따라 고장이 발생한 어느 한 태양광 모듈(100)의 위치, 제조사, 제품 모델 등을 판단한다. 고장 위치 판단부(471)는 고장이 발생한 태양광 모듈의 위치, 제조사, 제품 모델 정보 등이 파악되면, 고장 복구시 태양광 모듈에 대한 고장 원인 고장 복구 이력, 및 고장 패턴을 포함하는 고장 이력 데이터를 입력받아 클라우드 DB(450)에 저장한다. 따라서, 클라우드 DB(450)에는 각각의 태양광 모듈(100)별로 고장이 발생할 때마다 고장 원인, 및 고장 복구 사항이 저장된다.
태양광 모듈(100)은 각각의 제조사나 제조사별 모델별로 제품의 특성이 모두 다르기 때문에, 각 제조사 서버에는 제품별 수명이나 고장 패턴 등에 대한 정보들이 저장되어 있을 수 있다. 그리고 각각의 모델별로 그동안의 고장 이력과 고장 복구 이력 정보들도 모두 저장되어 있을 수 있다.
고장 부위 판단부(472)는 적어도 어느 하나의 태양광 모듈에서 고장이 발생하면, 클라우드 DB(450)로부터 고장난 태양광 모듈에 대한 고장 복구 이력 정보, 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 모두 내려받는다. 그리고 내려받은 고장 복구 이력 정보, 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 기초로 고장이 발생한 태양광 모듈의 고장 부위를 판단한다. 이렇게 판단된 고장 부위에 대한 정보는 클라우드 DB(450)에도 저장되고 모니터나 메시지를 통해 관리자에게 실시간으로 알림한다.
고장 패턴 분석부(473는 적어도 어느 하나의 태양광 모듈에서 고장이 발생하면, 클라우드 DB(450)로부터 고장난 태양광 모듈에 대한 고장 복구 이력 정보, 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 모두 내려받는다. 그리고 내려받은 고장 복구 이력 정보, 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 기초로 고장이 발생한 어느 한 태양광 모듈의 고장 패턴 정보를 분석한다. 이때 분석된 고장 패턴 정보는 클라우드 DB(450)에도 저장되고 모니터나 메시지를 통해 관리자에게 실시간으로 전달한다.
한편, 고장 패턴 분석부(473)는 고장이 발생하지 않더라도, 미리 정해진 순서에 따라 모든 태양광 모듈에 대한 고장 복구 이력 정보, 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 모두 내려받을 수 있다. 그리고 내려받은 고장 복구 이력 정보, 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 기초로 고장이 발생한 어느 한 태양광 모듈의 고장 패턴 정보를 분석함으로써, 각 태양광 모듈의 고장 패턴 정보를 클라우드 DB(451)에 미리 저장해둘 수 있다. 이렇게 미리 저장된 각 태양광 모듈(100)의 고장 패턴 정보는 태양광 모듈의 유지 보수 과정에서 활용됨으로써 관리자의 관리 효율을 더욱 높일 수 있다.
한편, 고장 시기 예측부(474)는 미리 정해진 순서에 따라 모든 태양광 모듈(100)에 대한 고장 복구 이력 정보, 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 모두 내려받는다. 그리고 내려받은 고장 복구 이력 정보, 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 기초로 태양광 모듈 각각의 고장 예측 정보와 노후화 상태 정보를 생성한다. 이렇게 생성된 태양광 모듈 각각의 고장 예측 정보와 노후화 상태 정보는 클라우드 DB(450)에 저장해둘 수 있다. 고장 예측 정보는 고장이 추가로 발생될 수 있는 기간과 고장 원인과 함께 예측한 정보이며, 노후화 상태 정보는 현재 남아있는 사용 수명에 대한 기간 정보가 될 수 있다. 이렇게 미리 예측 및 저장된 각 태양광 모듈(100)의 고장 예측 정보와 노후화 상태 정보는 태양광 모듈의 유지 보수 과정에서 예측 정보로 활용됨으로써 관리자의 관리 효율을 더욱 높일 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 게이트웨이 프로세서를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 4에 도시된 게이트웨이 프로세서(600)는 수명 예측 정보 입력부(610), 출력 전력량 계산부(620), 출력량 제어부(630), 발전전력 출력 제어부(640), 인버팅 출력 제어부(650)를 포함한다.
구체적으로, 수명 예측 정보 입력부(610)는 유/무선 통신 모듈을 구비하여, 클라우드 서버(400)로부터 복수의 태양광 모듈(100) 또는 상기 복수의 태양광 모듈 각각에 포함된 부속기기별 수명 예측 정보를 수신한다.
출력 전력량 계산부(620)는 외부로부터 수신되는 발전 제한 신호에 따라 미리 설정된 시간대별로 발전 전력 출력량을 설정한다. 이러한 출력 전력량 계산부(620)는 발전 제한 신호 입력시, 발전 제한 신호에 따라 제한 발전되는 출력량을 계산한다. 이때는 메 시간대 별로, 총 발전 출력량 100% 대비 70%. 50%, 30% 등의 비율로 발전량이 제한될 수 있다.
출력량 제어부(630)는 미리 설정된 시간대별로 상기 발전 전력 출력량이 설정되면, 수명 예측 정보에 따라 예측 수명이 짧은 태양광 모듈일수록 먼저 동작이 중지되도록 하거나, 발전 전력 출력량 적어지도록 제1 발전 제어신호 또는 제2 발전 제어신호를 생성한다.
[표 1]
출력량 제어부(630)는 표 1로 도시된 바와 같이, 수명 예측 정보에 따라 예측 수명이 짧은 태양광 모듈(100)일수록 먼저 동작이 중지되도록 복수의 태양광 모듈(100)별로 각각 대응되는 제1 발전 제어신호를 생성하여 발전전력 출력 제어부(640)로 전송한다.
식별번호 100_#1의 태양광 모듈 수명이 가장 짧게 예측된 경우, 식별번호 100_#1의 태양광 모듈의 발전 전력이 가장 먼저 차단되도록 하여, 식별번호 100_#1의 태양광 모듈이 가장 먼저 오프되도록 하고, 그 다음으로는 수명이 두번째로 짧은 식별번호 100_#2의 태양광 모듈의 순서로 먼저 오프되도록 제1 발전 제어신호를 생성할 수 있다.
이와 달리, 출력량 제어부(630)는 출력량을 수치적으로 제한해서 출력 전력량이 조절되도록 하기의 표 2와 같이, 제2 발전 제어신호를 생성할 수 있다.
[표 2]
즉, 예측된 수명에 따라 각 태양광 모듈(100)의 발전 전력 출력량을 제한하기 위해 출력량 제어부(630)는 예측 수명이 짧은 순서의 태양광 모듈(100)부터 발전 전력 출력량이 큰 폭으로 조절되도록 함으로써, 예측 수명이 짧은 순서의 태양광 모듈(100)부터 동작이 중지되거나, 출력량이 큰 폭으로 낮아지도록 제2 발전 제어신호를 생성한다. 이에, 발전 전력 출력량을 수치적인 비율로 정확하게 조절하고, 그에 대응되게 각각의 태양광 모듈(100) 동작이 제한되도록 할 수 있다.
발전전력 출력 제어부(640)는 제1 발전 제어신호를 적어도 하나의 선택 출력부(200)로 전송하여 제1 발전 제어신호에 의해 복수의 태양광 모듈(100) 중 적어도 하나의 태양광 모듈의 발전 전력 출력이 차단되도록 함으로써, 전력 출력이 차단된 태양광 모듈(100)의 동작을 중지되도록 한다.
인버팅 출력 제어부(650)는 제2 발전 제어신호를 적어도 하나의 인버팅 장치(300)로 전송하여 제2 발전 제어신호에 따라 복수의 태양광 모듈별로 발전 전력 출력량을 조절되도록 함으로써, 복수의 태양광 모듈(100)별로 동작시간이 제어되도록 할 수 있다.
이상, 전술한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템은 대단위로 조성된 태양광 발전소의 태양광 모듈(100)별로 부속기기들까지 예측 수명을 수시로 계산한 후, 외부로부터 발전 제한 신호를 수신하여 태양광 모듈들을 제한 발전시킬 때, 수명 예측 정보를 이용하여 예측 수명이 짧은 순서로 각 태양광 모듈(100)의 발전 전력 생산량을 제한할 수 있다. 이에, 태양광 모듈의 로드 밸런스를 조절하고, 태양광 발전 시스템의 관리 효율을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시 예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시 예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
100: 태양광 모듈
200: 선택 출력부
300: 인버팅 장치
400: 클라우드 서버
500: 외부 센서부
600: 게이트웨이 프로세서
200: 선택 출력부
300: 인버팅 장치
400: 클라우드 서버
500: 외부 센서부
600: 게이트웨이 프로세서
Claims (14)
- 태양전지를 이용하여 전력을 생성하는 복수의 태양광 모듈;
상기 태양광 모듈별 고장 이력 데이터를 생성하고 상기 고장 이력 데이터를 이용하여 상기 태양광 모듈별로 수명 예측 정보를 계산하는 클라우드 서버; 및
외부로부터 발전 제한 신호를 수신하여 상기 복수의 태양광 모듈을 제한 발전시키는 경우, 상기 수명 예측 정보를 이용하여 상기 복수의 태양광 모듈 각각의 발전 전력 생산량을 제한하는 게이트웨이 프로세서를 포함하는
태양광 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고장 이력 데이터는
고장 원인 정보, 고장 복구 사항, 제조사 및 제품 모델별 고장 복구 이력, 제품별 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 포함하고,
상기 클라우드 서버는
상기 고장 이력 데이터를 이용하여, 상기 고장이 발생한 태양광 모듈에 대한 고장 원인을 확정하고, 상기 확정된 고장 원인을 관리자에게 전달하는
태양광 발전 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 각 태양광 모듈의 전압 값, 전류 값 또는 전력값을 센싱하고, 상기 센싱된 전압 값, 전류 값 또는 전력 값을 미리 설정된 기준치와 비교하여 고장을 판단하는 복수의 고장 진단부를 더 포함하며,
상기 클라우드 서버는
상기 각 고장 진단부로부터 입력되는 고장 판단 신호에 따라 고장이 발생한 어느 한 태양광 모듈의 상기 고장 이력 데이터를 추출하여 상기 복수의 태양광 모듈별로 수명 예측 정보를 계산하고, 상기 수명 예측 정보를 상기 게이트웨이 프로세서와 공유하는
태양광 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 클라우드 서버는
상기 복수의 태양광 모듈별 발전 전력량과 발열 온도 및 외부로부터의 환경 정보를 이용해서도 상기 복수의 태양광 모듈별로 상기 수명 예측 정보를 계산하고,
상기 게이트웨이 프로세서는
상기 복수의 태양광 모듈을 제한 발전시키는 경우, 상기 발전 전력량과 발열 온도 및 외부로부터의 환경 정보를 이용해 계산된 수명 예측 정보를 이용하여 상기 복수의 태양광 모듈 각각의 발전 전력 생산량을 제한하는
태양광 발전 시스템.
- 제 4 항에 있어서,
상기 게이트웨이 프로세서는
상기 수명 예측 정보에 따라 예측 수명이 짧은 순서로 상기 태양광 모듈의 동작이 먼저 중지되도록 상기 복수의 태양광 모듈별로 각각 대응되는 제1 발전 제어신호를 생성하거나,
상기 수명 예측 정보에 따라 예측 수명이 짧은 태양광 모듈일수록 발전 전력 출력량 더 적어지도록 상기 복수의 태양광 모듈에 각각 대응되는 제2 발전 제어신호를 생성하는
태양광 발전 시스템.
- 제 5 항에 있어서,
상기 게이트웨이 프로세서로부터의 제1 발전 제어신호에 따라 상기 복수의 태양광 모듈 중 적어도 하나의 태양광 모듈의 발전 전력 출력을 차단함으로써, 상기 전력 출력이 차단된 태양광 모듈의 동작을 중지시키는 적어도 하나의 선택 출력부; 및
온도, 습도, 풍량, 기온, 태양광 밝기 정보 중 적어도 하나의 환경 정보를 센싱하여 상기 게이트웨이 프로세서 또는 상기 클라우드 서버로 전송하는 외부 센서부를 더 포함하는
태양광 발전 시스템.
- 제 6 항에 있어서,
상기 게이트웨이 프로세서로부터의 제2 발전 제어신호에 따라 상기 복수의 태양광 모듈별로 발전 전력 출력량을 조절하여 상기 복수의 태양광 모듈별로 동작 시간이 제어되도록 하는 적어도 하나의 인버팅 장치를 더 포함하는
태양광 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 클라우드 서버는
상기 복수의 태양광 모듈별 발전 전력량을 센싱하는 전력량 산출부;
상기 환경 정보를 이용하여 온도, 습도, 풍량, 기온, 태양광 밝기에 대한 기상 데이터를 생성하는 기상 데이터 생성부;
상기 복수의 태양광 모듈 각각에 포함된 부속기기들의 온도 변화를 센싱하여 상기 각 태양광 모듈의 부속기기별로 온도 데이터를 생성하는 온도 데이터 생성부;
상기 복수의 태양광 모듈별 발전 전력량, 상기 복수의 태양광 모듈 각각에 포함된 부속기기들의 제조일자와 수명 정보, 상기 기상 데이터, 상기 온도 데이터를 모두 저장하고 공유하는 클라우드 DB;
상기 복수의 태양광 모듈 각각에 포함된 부속기기들의 제조일자와 수명 정보, 상기 복수의 태양광 모듈별 발전 전력량, 상기 기상 데이터, 상기 온도 데이터를 이용하여 상기 복수의 태양광 모듈 또는 상기 복수의 태양광 모듈 각각에 포함된 부속기기별로 상기 수명 예측 정보를 생성하는 수명 예측부를 포함하는
태양광 발전 시스템.
- 제 8 항에 있어서,
상기 클라우드 서버는
고장 원인 정보, 고장 복구 사항, 제조사 및 제품 모델별 고장 복구 이력, 제품별 수명 정보, 및 고장패턴 정보를 포함하는 상기 고장 이력 데이터를 이용하여 상기 고장이 발생한 태양광 모듈에 대한 고장 원인을 확정하는 고장 이력 데이터 생성부를 더 포함하는
태양광 발전 시스템.
- 제 9 항에 있어서,
상기 수명 예측부는
상기 복수의 태양광 모듈 각각의 상기 고장 이력 데이터를 이용하여 상기 복수의 태양광 모듈 또는 상기 복수의 태양광 모듈 각각에 포함된 부속기기별로 상기 수명 예측 정보를 생성하는
태양광 발전 시스템.
- 제 8 항에 있어서,
상기 게이트웨이 프로세서는
상기 클라우드 서버로부터 상기 복수의 태양광 모듈 또는 상기 복수의 태양광 모듈 각각에 포함된 부속기기별 수명 예측 정보를 수신하는 수명 예측 정보 입력부;
외부로부터 수신되는 발전제한 제어신호에 따라 미리 설정된 시간대별로 발전 전력 출력량을 설정하는 출력 전력량 계산부;
상기 미리 설정된 시간대별로 상기 발전 전력 출력량이 설정되면, 상기 수명 예측 정보에 따라 예측 수명이 짧은 태양광 모듈일수록 먼저 동작이 중지되도록 하거나, 발전 전력 출력량 적어지도록 제어하는 출력량 제어부를 포함하는
태양광 발전 시스템.
- 제 11 항에 있어서,
상기 출력량 제어부는
상기 수명 예측 정보에 따라 예측 수명이 짧은 태양광 모듈일수록 먼저 동작이 중지되도록 상기 복수의 태양광 모듈별로 각각 대응되는 제1 발전 제어신호를 생성하여 발전전력 출력 제어부로 전송하거나,
상기 수명 예측 정보에 따라 예측 수명이 짧은 태양광 모듈일수록 발전 전력 출력량 적어지도록 상기 복수의 태양광 모듈에 각각 대응되는 제2 발전 제어신호를 생성하여 인버팅 출력 제어부로 전송하는
태양광 발전 시스템.
- 제 11 항에 있어서,
상기 발전전력 출력 제어부는
상기 제1 발전 제어신호를 적어도 하나의 선택 출력부로 전송하여 상기 제1 발전 제어신호에 의해 상기 복수의 태양광 모듈 중 적어도 하나의 태양광 모듈의 발전 전력 출력이 차단되도록 함으로써, 상기 발전 전력 출력이 차단된 태양광 모듈의 동작을 중지시키는
태양광 발전 시스템.
- 제 11 항에 있어서,
상기 인버팅 출력 제어부는
상기 제2 발전 제어신호 적어도 하나의 인버팅 장치로 전송하여 상기 제2 발전 제어신호에 따라 상기 복수의 태양광 모듈별로 발전 전력 출력량을 조절되도록 함으로써, 상기 복수의 태양광 모듈별로 동작 시간이 제어되도록 하는
태양광 발전 시스템.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020170065362A KR102337580B1 (ko) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | 태양광 발전 시스템 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170065362A KR102337580B1 (ko) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | 태양광 발전 시스템 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR20180129399A true KR20180129399A (ko) | 2018-12-05 |
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| KR1020170065362A KR102337580B1 (ko) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | 태양광 발전 시스템 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102023465B1 (ko) * | 2019-02-12 | 2019-09-20 | 강남욱 | 사물인터넷을 이용한 태양광 발전장치의 고장진단시스템 및 그 방법 |
| KR102517403B1 (ko) * | 2022-06-23 | 2023-04-04 | 주식회사 티팩토리 | 게이트웨이를 이용한 클라우드 기반 ess 원격 안전관리시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101471059B1 (ko) * | 2014-06-19 | 2014-12-10 | (주)제이케이알에스티 | 패널배치 전환 시스템 |
| KR101491744B1 (ko) * | 2014-10-27 | 2015-02-11 | 파워에너텍 주식회사 | 고효율 장수명 태양광 발전용 인버터 |
| KR101603893B1 (ko) * | 2015-12-21 | 2016-03-16 | 부강이엔에스 주식회사 | Ｐｖ 모듈을 감지하는 기능을 구비한 태양광 발전 시스템의 접속반 |
| JP2016149932A (ja) * | 2015-02-11 | 2016-08-18 | エルエス産電株式会社Lsis Co., Ltd. | 太陽光発電システム |
-
2017
- 2017-05-26 KR KR1020170065362A patent/KR102337580B1/ko active IP Right Grant
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