KR20200102619A - 태양광 모듈 모니터링 장치 및 모니터링 방법 - Google Patents

태양광 모듈 모니터링 장치 및 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 모듈 모니터링 장치 및 모니터링 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 복수의 셀모듈들이 행과 열로 배열되어 셀어레이를 구성하고, 상기 셀어레이가 복수로 배열되어 태양광 발전을 수행하는 태양광 발전장치의 모니터링을 위한 태양광 모듈 모니터링 장치는, 각각의 셀어레이를 구성하는 셀모듈들 각각에 전력측정기를 장착하여, 각각의 셀모듈들에서 출력되는 출력 전력량을 측정하여 무선전송하는 전력측정부와; 상기 태양광 발전장치를 구성하는 셀어레이의 위치별 상황을 고려하여 각 셀어레이별로 정의된 셀어레이 고장기준치(U1)를 백분율(%)로 입력받아 저장하고, 상기 전력측정부를 통해 전송되는 각 셀모듈들의 출력전력량을 통해 상기 셀어레이 각각의 셀어레이 전체 출력 전력량(A1) 및 상기 셀어레이 내의 각 셀모듈에 대한 평균 출력 전력량(E1)을 계산하여 저장하며, 특정 셀어레이 내의 셀 모듈들의 고장여부를 판단함에 있어, 상기 셀어레이 내의 각 셀모듈에 대한 평균 출력 전력량(E1)에서 상기 평균 출력 전력량(E1)에 해당 셀 얼레이의 고장기준치(U1)를 곱한 값을 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하는 진단부를 구비한다.

Description

태양광 모듈 모니터링 장치 및 모니터링 방법{Monitoring system for solar modules and method for monitoring the same}
본 발명은 태양광 모듈 모니터링 장치 및 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 태양광 모듈의 고장이나 청소시기를 정확히 알 수 있어 빠른 대처가 가능한 태양광 모듈 모니터링 장치 및 모니터링 방법에 관한 것이다.
지구온난화 등 기후변화로 인한 전 지구적 문제 해결을 위한 대안으로 주목받는 태양광 발전 산업은 큰 폭의 성장세를 보이고 있으며 증가하는 설비만큼 품질 관련 이슈도 산업 전반에 걸쳐 중요한 과제로 대두되고 있다.
태양광 발전은 태양으로부터의 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸어주는 발전 방식이다. 태양광 발전의 핵심은 PN접합 구조를 가진 솔라셀(solar cell)을 가지는 셀 모듈에 있다. 셀모듈에 빛이 조사되어, 외부로부터 광자(photon)가 흡수되면, 광자가 지닌 에너지에 의해 셀모듈 내부에서 전자(electron)와 정공(hole)의 쌍(ehpair)이 생성된다. 이때, 생성된 전자-정공 쌍은 PN접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 N형 반도체로 이동하고 정공은 P형 반도체로 이동해서, 각각의 표면에 있는 전극에서 수집된다. 각각의 전극에서 수집된 전하(charge)는 외부 회로에 부하가 연결된 경우, 부하에 흐르는 전류로서 부하를 동작시키는 에너지의 원천이 된다.
태양광 발전장치의 품질은 발전효율과 내구성, 안전성 등으로 결정된다고 할 수 있을 것이며 초기 태양광 산업계 관심의 초점은 발전효율을 극대화하는 것에 맞춰져 있었으나 점차 내구성과 안전성 확대에도 관심이 높아지고 있다.
이와 함께 산업 고도화와 기술 발달에 따라 태양광 발전도 복잡ㅇ다양해지고 있으며 이로 인해 셀 모듈의 고장에 따른 피해도 갈수록 늘어나고 있다. 특히 대부분의 발전 설비가 옥외, 사람들의 시야 밖에 설치되어 있으므로 고장여부나 청소필요여부를 육안으로밖에 확인할 수 없었기 때문에 선제적인 예방 작업에 나서기 어려운 특성이 있다.
이를 위해 고장이나 청소시기를 알려주는 장치에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 이러한 기술의 예로 태양광 셀 모듈의 작동상태를 무선 통신으로 알려주는 장치가 이용되고 있다.
그러나, 이러한 장치는 태양광 셀 모듈이 에너지를 흡수할 때, 태양의 일몰직전이나 일출직후에는 태양의 빛의 강도가 약하기 때문에, 일몰직전이나 일출직후 태양전지판으로 흡수되는 태양에너지의 양이 부족하게 되는 경우에 셀모듈이 제대로 태양에너지를 흡수하지 못한다고 하여 고장으로 진단하는 등 오류가 있다는 문제점이 있었다. 또한, 일사량의 문제로 셀모듈의 용량보다 현저히 낮은 효율로 태양광발전을 하고 있지만, 일반적으로는 다수개로 이루어진 태양광 셀 모듈들 중 어떠한 셀모듈이 고장이 났는지를 관리자가 직접 일일이 모든 셀 모듈을 확인하여 유지보수해야 함으로써 인력의 비효율성이 증가하고, 관리자의 관리소홀로 셀 모듈을 유지보수하지 못하였을 경우에는 복수의 어레이로 이루어진 태양광 발전장치의 발전효율이 낮아지게 되어 에너지 효율성이 저감되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1032489호(2011.04.29.)
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 태양광 모듈 모니터링 장치 및 모니터링 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 태양광 모듈의 고장이나 청소시기를 정확히 알 수 있어 빠른 대처가 가능한 태양광 모듈 모니터링 장치 및 모니터링 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 복수의 셀모듈들이 행과 열로 배열되어 셀어레이를 구성하고, 상기 셀어레이가 복수로 배열되어 태양광 발전을 수행하는 태양광 발전장치의 모니터링을 위한 태양광 모듈 모니터링 장치는, 각각의 셀어레이를 구성하는 셀모듈들 각각에 전력측정기를 장착하여, 각각의 셀모듈들에서 출력되는 출력 전력량을 측정하여 무선전송하는 전력측정부와; 상기 태양광 발전장치를 구성하는 셀어레이의 위치별 상황을 고려하여 각 셀어레이별로 정의된 셀어레이 고장기준치(U1)를 백분율(%)로 입력받아 저장하고, 상기 전력측정부를 통해 전송되는 각 셀모듈들의 출력전력량을 통해 상기 셀어레이 각각의 셀어레이 전체 출력 전력량(A1) 및 상기 셀어레이 내의 각 셀모듈에 대한 평균 출력 전력량(E1)을 계산하여 저장하며, 특정 셀어레이 내의 셀 모듈들의 고장여부를 판단함에 있어, 상기 셀어레이 내의 각 셀모듈에 대한 평균 출력 전력량(E1)에서 상기 평균 출력 전력량(E1)에 해당 셀 얼레이의 고장기준치(U1)를 곱한 값을 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하는 진단부를 구비한다.
상기 진단부는, 상기 태양광 발전장치를 구성하는 각 셀모듈에 대한 전체 고장 기준치(U2)를 백분율(%)로 저장하고, 상기 전력측정부를 통해 전송되는 각 모듈들의 출력전력량을 통해 상기 태양광 발전장치의 전체 출력 전력량(A2) 및 상기 전체 출력 전력량(A2)을 셀모듈 전체 개수로 나눈 전체 평균 출력 전력량(E2)을 계산하며, 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에 상기 전체 고장기준치(U2)를 곱한 값을 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에서 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하고, 상기 셀 얼레이의 고장기준치(U1)를 이용하여 고장으로 진단된 셀 모듈과 상기 전체 고장기준치(U2)를 이용하여 고장으로 진단된 셀모듈이 서로 일치되는 경우에만 해당 셀모듈을 최종적으로 고장으로 진단할 수 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 다른 구체화에 따라, 본 발명에 따른 복수의 셀모듈들이 행과 열로 배열되어 셀어레이를 구성하고, 상기 셀어레이가 복수로 배열되어 태양광 발전을 수행하는 태양광 발전장치의 모니터링을 위한 태양광 모듈 모니터링 장치는, 상기 태양광 발전장치를 구성하는 셀모듈들 각각에 전력측정기를 장착하여, 각각의 셀모듈들에서 출력되는 출력 전력량을 측정하여 무선전송하는 전력측정부와; 상기 태양광 발전장치를 구성하는 각 모듈에 대한 전체 고장 기준치(U2)를 백분율(%)로 입력받아 저장하고, 상기 전력측정부를 통해 전송되는 각 모듈들의 출력전력량을 통해 상기 태양광 발전장치의 전체 출력 전력량(A2) 및 상기 전체 출력 전력량(A2)을 셀모듈 전체 개수로 나눈 전체 평균 출력 전력량(E2)을 계산하며, 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에 상기 전체 고장기준치(U2)를 곱한 값을 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에서 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하는 진단부를 구비한다.
상기 진단부는, 강수량 판단반영치, 적설량 판단반영치, 예년 발전량 평균데이터 판단반영치, 미세먼지 판단반영치, 시간대별 차감 데이터 판단반영치, 계절에 따른 차감데이터 판단반영치, 및 모듈 진행성 성능저하에 따른 차감데이터 판단반영치, 기타 필요로 하는 데이터 판단반영치 중 적어도 하나의 판단반영치에 따른 차감용량을, 상기 태양광 발전장치의 총 발전용량 또는 예년 발전량 평균데이터에서 뺀 값보다 상기 태양광 발전장치의 현재 발전량이 작은 경우에, 청소시기로 판단할 수 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 구체화에 따라, 본 발명에 따른 복수의 셀모듈들이 행과 열로 배열되어 셀어레이를 구성하고, 상기 셀어레이가 복수로 배열되어 태양광 발전을 수행하는 태양광 발전장치의 모니터링을 위한 태양광 모듈 모니터링 방법은, 각각의 셀어레이를 구성하는 셀모듈들 각각에 전력측정기를 장착하여, 각각의 셀모듈들에서 출력되는 출력 전력량을 측정하여 무선전송하는 측정단계와; 상기 태양광 발전장치를 구성하는 셀어레이의 위치별 상황을 고려하여 각 셀어레이마다 정의된 고장 기준치(U1)를 백분율(%)로 입력받아 저장하고, 상기 전력측정기를 통해 전송되는 각 셀모듈들의 출력전력량을 통해 상기 셀어레이 각각의 셀어레이 전체 출력 전력량(A1) 및 상기 셀어레이 내의 각 셀모듈에 대한 평균 출력 전력량(E1)을 계산하여 저장하는 저장단계와; 특정 셀어레이 내의 셀 모듈들의 고장여부를 판단함에 있어, 상기 셀어레이 내의 각 셀모듈에 대한 평균 출력 전력량(E1)에서 상기 평균 출력 전력량(E1)에 해당 셀 얼레이의 고장기준치(U1)를 곱한 값을 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하는 고장진단단계를 구비한다.
상기 저장단계는, 상기 태양광 발전장치를 구성하는 각 모듈에 대한 전체 고장 기준치(U2)를 백분율(%)로 저장하고, 상기 전력측정부를 통해 전송되는 각 모듈들의 출력전력량을 통해 상기 태양광 발전장치의 전체 출력 전력량(A2) 및 상기 전체 출력 전력량(A2)을 셀모듈 전체 개수로 나눈 전체 평균 출력 전력량(E2)을 계산하여 저장하는 단계를 더 포함하고, 상기 고장진단단계는, 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에 상기 전체 고장기준치(U2)를 곱한 값을 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에서 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하는 단계를 더 포함하고, 상기 고장진단단계 이후에, 상기 셀 얼레이의 고장기준치(U1)를 이용하여 고장으로 진단된 셀 모듈과 상기 전체 고장기준치(U2)를 이용하여 고장으로 진단된 셀모듈이 서로 일치되는 경우에만 해당 셀모듈을 최종적으로 고장으로 진단하는 최종진단단계를 더 구비할 수 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 구체화에 따라, 본 발명에 따른 복수의 셀모듈들이 행과 열로 배열되어 형성되는 셀어레이를 구성하고, 상기 셀어레이가 복수로 배열되어 태양광 발전을 수행하는 태양광 발전장치의 모니터링을 위한 태양광 모듈 모니터링 방법은, 상기 태양광 발전장치를 구성하는 셀모듈들 각각에 전력측정기를 장착하여, 각각의 셀모듈들에서 출력되는 출력 전력량을 측정하여 무선전송하는 측정단계와; 상기 태양광 발전장치를 구성하는 각 모듈에 대한 전체 고장 기준치(U2)를 백분율(%)로 입력받아 저장하고, 상기 전력측정기를 통해 전송되는 각 모듈들의 출력전력량을 통해 상기 태양광 발전장치의 전체 출력 전력량(A2) 및 상기 전체 출력 전력량(A2)을 셀모듈 전체 개수로 나눈 전체 평균 출력 전력량(E2)을 계산하여 저장하는 저장단계와; 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에 상기 전체 고장기준치(U2)를 곱한 값을 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에서 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하는 고장진단단계를 구비한다.
상기 저장단계 이후에, 강수량 판단반영치, 적설량 판단반영치, 예년 평균데이터 판단반영치, 미세먼지 판단반영치, 시간대별 차감 데이터 판단반영치, 계절에 따른 차감데이터 판단반영치, 및 모듈 진행성 성능저하에 따른 차감데이터 판단반영치, 기타 필요로 하는 데이터 판단반영치 중 적어도 하나의 판단반영치에 따른 차감용량을, 상기 태양광 발전장치의 총 발전용량 또는 예년 발전량 평균데이터에서 뺀 값보다 상기 태양광 발전장치의 현재 전체 발전량이 작은 경우에, 청소시기로 판단할 수 있다.
본 발명에 따르면, 위치별 또는 지역별 차이에 따른 발전량의 차이를 반영하여 고장을 진단할 수 있어 보다 정확한 고장진단이 가능하고, 예년 발전량 데이터 평균치, 시간대에 따른 발전량 차감 데이터, 계절에 따른 차감 데이터, 모듈 진행성 성능 저하에 따른 차감 데이터와 강수, 강설, 미세먼지 등의 기상정보를 함께 반영하여 태양광 모듈의 청소시기를 판단하여 보다 정확한 진단이 이루어질 수 있고, 빠른 대처가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 모니터링 장치의 블록도이고,
도 2는 도 1의 태양광 발전장치를 구성하는 셀어레이의 개략도를 나타낸 것이고,
도 3은 도 1의 태양광 모듈 모니터링 장치의 제1모니터링 방법의 동작순서도이고
도 4는 도 1의 태양광 모듈 모니터링 장치의 제2모니터링 방법의 동작순서도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 모니터링 장치(100)의 블록도이고, 도 2는 태양광 발전장치를 구성하는 셀어레이의 개략도를 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 모듈 모니터링 장치(100)는 태양광 발전장치(200)의 모니터링을 위한 것으로 전력측정부(110)와 진단부(120)를 구비한다.
상기 태양광 발전장치(200)는 광전효과에 의해 태양광을 전원으로 변환시켜 출력하는 복수의 셀모듈(212)들이 행과 열로 배열되어 셀어레이(210)를 구성하고, 이러한 셀어레이(210)가 복수로 배열되어 태양광 발전을 수행하게 된다. 상기 태양광 발전장치(200)는 이외에도 태양광 발전에 필요한 구성으로 통상의 기술자에게 잘 알려진 구성이 더 포함될 수 있다.
상기 전력측정부(110)는 상기 태양광 발전장치(200)의 각각의 셀어레이(210)를 구성하는 셀모듈(212)들 각각에 전력측정기(112)를 장착하여, 각각의 셀모듈(212)들에서 출력되는 출력 전력량을 측정하여 무선전송한다. 상기 전력측정부(110)는 각각의 셀모듈(212)에 대응되는 전력측정기(112)에 아이디를 부여하여 각 전력측정기(112)에서 전송되는 전력량이 어느 셀모듈(212)의 출력 전력량인지 여부를 알 수 있도록 한다.
상기 진단부(120)는 상기 태양광 발전장치(200)를 구성하는 셀어레이(210)의 위치별 상황을 고려하여 셀모듈(212)의 모듈의 고장여부를 진단하는 제1모니터링 방법과, 태양광 발전장치(200) 내의 전체 출력 전력량을 이용하여 고장여부를 진단하는 제2모니터링 방법을 통해 각 셀모듈(212)의 고장여부를 진단하게 된다.
도 3은 도 1의 태양광 모듈 모니터링 장치의 제1모니터링방법의 동작순서도이다.
제1모니터링 방법은 셀어레이(210)의 위치별 상황을 고려하기 위한 것으로, 통상적으로 태양광 발전장치(200)는 넓은 지역에 많은 셀 모듈(212)을 행과 열로 배열하여 배치되는 구조이기에 셀 모듈이 정상임에도 다른 위치의 셀 모듈과 발전량이 다를 수 있다. 예를 들어, 경사면에 위치하여 태양광을 적게 받는다거나, 방향이 남향을 바라보지 않도록 배치되는 등 여러 가지 위치에 따른 상황이 있을 수 있다. 이 경우에는 셀 모듈(212)의 고장을 진단함에 있어 종래의 방법과는 다른 방법이 필요할 수 있다. 이 경우에는 태양광 발전장치(200) 내의 전체 출력 전력량을 이용하기 보다는 셀어레이(210)의 출력전력량을 이용하여 진단을 하게 되면 보다 정확한 진단이 가능하게 된다. 셀어레이(210)는 이를 구성하는 셀모듈(212)의 위치별 상황을 반영할 수 있기 때문이다.
상기 제1모니터링 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 우선 상기 진단부(120)에서 상기 태양광 발전장치(200)를 구성하는 셀어레이(210)의 위치별 상황을 고려하여 각 셀어레이(210)별로 미리 정의된 셀어레이 고장기준치(U1)를 백분율(%)로 입력받아 저장한다(S110). 여기서 셀어레이 고장기준치(U1)는 지역별, 위치별 상황을 고려하여 미리 설정되는 값으로, 상기 태양광 발전장치(200) 내의 셀어레이(210)들의 지역별, 위치별 상황을 고려하여 정의된다. 예를 들어, 가장 좋은 위치 및 가장 좋은 지역에 배치된 셀어레이를 0%로 정의하고, 이보다 어느 정도 나쁜위치인지, 어느정도 나쁜 지역에 배치되었는지 지역별, 위치별 상황을 고려하여 각 셀어레이 별로 고장기준치(U1)를 설정하여 입력 저장하게 된다. 여기서는 진단대상이 되는 셀어레이(210)의 상기 셀어레이 고장기준치(U1)가 10%로 정해진 것으로 가정한다.
다음으로, 상기 전력측정부(110)를 통해 각각의 셀 모듈별 출력 전력량이 측정되어 전송되면(S120), 상기 진단부(120)는 상기 전력측정부(110)를 통해 전송되는 각 셀모듈(212)들의 출력 전력량을 통해 셀어레이(210) 각각의 셀어레이 전체 출력 전력량(A1) 및 셀어레이 내의 각 셀모듈에 대한 평균 출력 전력량(E1)을 계산하여 저장한다(S130). 여기서 셀어레이 전체 출력 전력량(A1)은 상기 전력측정부(110)를 통해 전송되는 셀어레이(210)를 구성하는 각 셀모듈(212)들의 출력 전력량을 합산한 값으로 구할 수 있고, 셀어레이 내의 각 셀모듈에 대한 평균 출력 전력량(E1)은 셀어레이 전체 출력 전력량(A1)을 하나의 셀어레이(210)를 구성하는 셀모듈(212)의 개수(S1)로 나눈값으로 구할 수 있다.
예를 들어, 하나의 셀어레이(210)를 구성하는 셀모듈(212)의 개수(S1)를 30 개라고 가정하고, 셀어레이의 전체 출력전력량(A1)은 '7,500W' 이면, 셀어레이(210) 내의 셀모듈(212)의 평균 출력전력량(E1)은 '7500/30 = 250 W' 로 구해지게 된다.
이후 상기 진단부(120)는 특정 셀어레이(210) 내의 셀 모듈(212)들의 고장여부를 판단하게 된다. 상기 셀어레이(210) 내의 각 셀모듈(212)에 대한 평균 출력 전력량(E1)에서 상기 평균 출력 전력량(E1)에 해당 셀 얼레이의 고장기준치(U1)를 곱한 값을 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈(212)이 있는지 여부를 판단하게 된다(S140).
구체적으로, 셀어레이(210) 내에 'E1-(E1*U1)'의 고장 판단 최저값보다 작은 발전량(출력 전력량)을 가지는 셀모듈(212)이 있는지 여부를 판단하여, 이러한 셀모듈(212)이 있으면(Yes), 해당 셀모듈(212)을 고장으로 진단하게 된다(S150). 해당 셀모듈이 없으면(No), 출력전력량 측정 단계(S120)으로 돌아가 진단과정을 다시 수행하게 된다.
E1=250W 이고, U1=10% 이므로, E1*U1 = 25W 가되고, E1-(E1*U1)=225W 가 된다. 즉 고장 판단 최저값은 225W 가 된다. 이에 따라, 특정 셀 모듈(212)의 출력 전력량(또는 발전량)이 예를 들어, 200W 라면, 상기 고장 판단 최저값보다 작은 값을 가지므로 해당 셀모듈을 고장으로 진단하게 된다. 물론 상기 고장판단 최저값보다 큰 값의 출력 전력량을 가지는 셀 모듈은 정상으로 진단하게 된다.
도 4는 도 1의 태양광 모듈 모니터링 장치의 제2모니터링방법의 동작순서도이다.
상기 제2모니터링 방법은 상기 태양광 발전장치(200)를 구성하는 전체 셀 모듈들에 대한 고장을 진단하는 방법으로, 셀어레이 내의 셀모듈이 아니라 발전장치 전체의 셀모듈에 대한 고장을 진단하는 방법이다.
상기 제2모니터링 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 우선 상기 진단부(120)에서 상기 태양광 발전장치(200)를 자체의 상황을 고려하여 사용자에 의해 미리 정의된 전체고장기준치(U2)를 백분율(%)로 입력받아 저장한다(S210). 여기서는 상기 전체 고장기준치(U2)가 5%로 정해진 것으로 가정한다.
다음으로, 상기 전력측정부(110)를 통해 각각의 셀 모듈별 출력 전력량이 측정되어 전송되면(S220), 상기 진단부(120)는 상기 전력측정부(110)를 통해 전송되는 각 셀모듈(212)들의 출력 전력량을 통해 상기 태양광 발전장치(200) 전체의 전체 출력 전력량(A2) 및 상기 태양광 발전장치(200) 내의 각 셀모듈에 대한 전체평균 출력 전력량(E2)을 계산하여 저장한다(S230). 여기서 상기 전체 출력 전력량(A2)은 상기 전력측정부(110)를 통해 전송되는 상기 태양광 발전장치(200) 내의 각 셀모듈(212) 전체의 출력 전력량을 합산한 값으로 구할 수 있고, 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)은 상기 전체 출력 전력량(A2)을 상기 태양광 발전장치(200) 내의 각 셀모듈(212) 전체의 개수(S2)로 나눈값으로 구할 수 있다.
예를 들어, 상기 태양광 발전장치(200) 내의 각 셀모듈(212) 전체의 개수(S2)를 350 개라고 가정하고, 상기 전체 출력전력량(A2)은 '100,000W' 이면, 상기 태양광 발전장치(200) 내의 각 셀모듈(212)의 전체 평균 출력전력량(E2) 즉 각 셀모듈 당 평균 발전량은 '100,000/350 = 286 W' 로 구해지게 된다.
이후 상기 진단부(120)는 특정 셀모듈(212)들의 고장여부를 판단하게 된다. 각 셀모듈(212)에 대한 전체 평균 출력 전력량(E2)에서 상기 평균 출력 전력량(E2)에 상기 전체고장기준치(U2)를 곱한 값을 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈(212)이 있는지 여부를 판단하게 된다(S240).
구체적으로, 각 셀모듈(212)들 중 'E2-(E2*U2)'의 전체 고장 판단 최저값보다 작은 발전량(출력 전력량)을 가지는 셀모듈(212)이 있는지 여부를 판단하여, 이러한 셀모듈(212)이 있으면(Yes), 해당 셀모듈(212)을 고장으로 진단하게 된다(S250). 해당 셀모듈이 없으면(No), 출력전력량 측정 단계(S220)으로 돌아가 진단과정을 다시 수행하게 된다.
예를 들어, E2=286W 이고, U2=5% 이므로, E2*U2 = 14.3W가 되고, E2-(E2*U2)=272W 가 된다. 즉 전체 고장 판단 최저값은 272W 가 된다. 이에 따라, 특정 셀 모듈(212)의 출력 전력량(또는 발전량)이 예를 들어, 200W 라면, 상기 전체 고장 판단 최저값보다 작은 값을 가지므로 해당 셀모듈을 고장으로 진단하게 된다. 물론 상기 고장판단 최저값보다 큰 값의 출력 전력량을 가지는 셀 모듈은 정상으로 진단하게 된다.
상기 진단부(120)에서는 제1모니터링 방법을 이용한 고장진단, 즉 셀 얼레이의 고장기준치(U1)를 이용한 고장진단과 제2모니터링 방법을 이용한 고장진단, 즉 전체 고장기준치(U2)를 이용한 고장진단 중 어느 하나의 방법을 사용하여 고장진단을 수행할 수 있다. 그리고 보다 정확한 고장진단을 위해서, 상기 제1모니터링 방법을 이용한 고장진단에 따라 고장으로 진단된 셀모듈과, 상기 제2모니터링 방법을 이용한 고장진단에 따라 고장으로 진단된 셀모듈이 서로 일치되는 경우에만 해당 셀모듈을 최종적으로 고장으로 진단하는 방법을 선택할 수도 있다.
상기 모니터링 장치(100)는 셀 모듈(212)의 청소시기를 판단하여 알려주는 기능을 수행할 수도 있다.
이를 위해 상기 진단부(120)는, 기상 정보 중 강수량, 기상 정보 중 적설량, 예년 발전량 데이터 평균치, 기상 정보 중 미세먼지 수치, 시간대에 따른 발전량 차감 데이터, 계절에 따른 차감 데이터, 모듈 진행성 성능 저하에 따른 차감 데이터, 기타 사용자가 필요로 하는 데이터 중 적어도 하나를 수집하게 된다. 강수량, 적설량, 미세먼지 수치 등은 기상청 서버에 접속하여 수집가능하고, 예년 발전량 데이터 평균치는 이들이 저장된 데이터 베이스를 통해 수집가능하고, 시간대에 따른 발전량 차감 데이터 및 계절에 따른 차감 데이터는 수많은 실험을 통해 축적된 자료를 통해 수집가능하고, 모듈 진행성 성능 저하에 따른 차감 데이터는 셀모듈이 시간이 지남에 따라 성능저하나 기타 감가상각이 일어나는 것을 반영한 데이터로 이 또한 수많은 실험이나 자료를 통해 수집가능하다.
상기 진단부(120)는 이들 수집된 데이터 항목들 각각에 따른 판단 반영치를 저장하고 있다. 상기 판단반영치는 사용자 또는 관리자에 의해 입력되는 것으로, 백분율(%)로 저장된다. 예를 들어, 강수량 반영치나 적설량 반영치는 0%로 설정될 수 있으며, 이는 강수시나 강설시에는 청소여부의 판단을 보류하거나 반영을 하지 말라는 의미일 수 있다. 그러나 강수량이나 강설량에 따라 반영치를 달리하여 부여하는 것이 가능하다.
그리고, 상기 예년 발전량 데이터 평균치에 대한 판단반영치는 5%로 설정될 수 있고, 미세먼지 수치에 따른 판단반영치는 미세먼지 수치가 좋음 단계는 0%, 보통 단계는 3%, 나쁨 단계는 5%, 아주나쁨 단계는 10%의 판단반영치를 부여할 수 있다. 그리고, 시간대에 따른 발전량 차감 데이터에 따른 판단반영치는, 6시= 20%, 7시= 16%, 8시= 13%, 9시= 10%, 10시= 6%, 11시= 3%, 12시= 0%, 1시= 3%, 2시= 6%, 3시= 10%, 4시= 13%, 5시= 16%, 6시= 20%, 7시= 25%, 로 하여 태양광이 가장 강한 12시를 0%로 하여 12시로부터 멀어질수록 시간대에 따라 판단반영치가 커지도록 부여하여 저장될 수 있다.
계절에 따른 차감 데이터에 따른 판단반영치는 1월:10% 2월:5% 3월:0% 4월:0% 5월:5% 6월:10% 7월:15% 8월:15% 9월:10% 10월:0% 11월:5% 12월:10% 로 부여할 수 있고, 모듈 진행성 성능 저하에 따른 차감 데이터에 따른 판단반영치는 매년 전체 발전량의 0.5% 를 차감하도록 부여할 수 있다. 기타 사용자가 필요로 하는 데이터를 이용한 판단 반영치가 추가되는 것도 가능하다.
상기 진단부(120)는 강수량 판단반영치, 적설량 판단반영치, 예년 평균데이터 판단반영치, 미세먼지 판단반영치, 시간대별 차감 데이터 판단반영치, 계절에 따른 차감데이터 판단반영치, 및 모듈 진행성 성능저하에 따른 차감데이터 판단반영치, 기타 필요로 하는 데이터 판단반영치 중 적어도 하나의 판단반영치에 따른 차감용량을, 상기 태양광 발전장치의 총 발전용량 또는 예년 발전량 평균데이터에서 뺀 값보다 상기 태양광 발전장치의 현재 발전량이 작은 경우에, 청소시기로 판단하게 된다.
청소여부의 판단방법을 예로 설명하면 다음과 같다.
상기 태양광 발전장치(100) 전체의 총 발전용량은 100KW 이고 현재 발전량이 80KW 이라고 가정하자. 예년 발전량 데이터 평균 반영치를 이용하여 청소여부를 판단하기로 했다면, 예년 발전량 데이터 평균 반영치가 5%이고, 4년 평균 발전량이 90KW 라면, 90KW x 5% = 4.5KW의 차감용량이 계산되고, 90KW - 4.5KW = 85.5KW로 청소판단 최저값을 계산할 수 있다. 이에 따라, 현재 발전량인 80KW 가 청소판단 최저값인 85.5KW 보다 작으므로 청소시기로 판단하게 된다.
다른 판단예로, 미세먼지 반영치, 시간대별 차감 데이터 반영치, 계절에 따른 차감데이터 반영치, 및 모듈 진행성 성능저하에 따른 차감데이터 반영치를 이용하여 청소여부를 판단하기로 정해졌다면, 현재 미세먼지 상태가 나쁨단계라면 판단반영치는 5%가 되고, 이는 상기 태양광 발전장치(100) 전체의 총 발전용량은 100KW에 미세먼지 판단방영치를 감안하면 100KW x 5% = 5KW 의 차감용량이 얻어진다. 그리고 시간대가 오전 10시라면, 100KW x 6% = 6KW 차감용량이 얻어지고, 5월 이라면 : 100 KW x 5% = 5KW 차감용량이 얻어지고, 4년된 셀모듈이라면, 4 x 0.5 = 2%의 판단방영치가 계산되고 100 KW x 2% = 2KW 차감용량이 얻어지게 된다.
이들 차감용량들을 모두 합산하면, 5KW + 6KW + 5KW + 2KW = 18KW 의 총 차감용량이 얻어지게 된다. 이에 따라 총 발전용량인 100KW에서 총차감용량인 18KW 을 뺀 값은, 100KW - 18KW = 82KW 이며, 82KW의 청소판단 최저값을 계산할 수 있다.
현재 발전량이 80KW로 청소판단 최저값인 82KW 보다 작으므로 상기 진단부(120)는 청소시기로 판단하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 위치별 또는 지역별 차이에 따른 발전량의 차이를 반영하여 고장을 진단할 수 있어 보다 정확한 고장진단이 가능하고, 예년 발전량 데이터 평균치, 시간대에 따른 발전량 차감 데이터, 계절에 따른 차감 데이터, 모듈 진행성 성능 저하에 따른 차감 데이터와 강수, 강설, 미세먼지 등의 기상정보를 함께 반영하여 태양광 모듈의 청소시기를 판단하여 보다 정확한 진단이 이루어질 수 있고, 빠른 대처가 가능한 효과가 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
110 : 전력 측정부 112 : 전력측정기
120 : 진단부 210 : 셀어레이
212 : 셀모듈

Claims (8)

  1. 복수의 셀모듈들이 행과 열로 배열되어 셀어레이를 구성하고, 상기 셀어레이가 복수로 배열되어 태양광 발전을 수행하는 태양광 발전장치의 모니터링을 위한 태양광 모듈 모니터링 장치에 있어서:
    각각의 셀어레이를 구성하는 셀모듈들 각각에 전력측정기를 장착하여, 각각의 셀모듈들에서 출력되는 출력 전력량을 측정하여 무선전송하는 전력측정부와;
    상기 태양광 발전장치를 구성하는 셀어레이의 위치별 상황을 고려하여 각 셀어레이별로 정의된 셀어레이 고장기준치(U1)를 백분율(%)로 입력받아 저장하고, 상기 전력측정부를 통해 전송되는 각 셀모듈들의 출력전력량을 통해 상기 셀어레이 각각의 셀어레이 전체 출력 전력량(A1) 및 상기 셀어레이 내의 각 셀모듈에 대한 평균 출력 전력량(E1)을 계산하여 저장하며,
    특정 셀어레이 내의 셀 모듈들의 고장여부를 판단함에 있어, 상기 셀어레이 내의 각 셀모듈에 대한 평균 출력 전력량(E1)에서 상기 평균 출력 전력량(E1)에 해당 셀 얼레이의 고장기준치(U1)를 곱한 값을 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하는 진단부를 구비함을 특징으로 하는 태양광 모듈 모니터링 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 진단부는,
    상기 태양광 발전장치를 구성하는 각 셀모듈에 대한 전체 고장 기준치(U2)를 백분율(%)로 저장하고, 상기 전력측정부를 통해 전송되는 각 모듈들의 출력전력량을 통해 상기 태양광 발전장치의 전체 출력 전력량(A2) 및 상기 전체 출력 전력량(A2)을 셀모듈 전체 개수로 나눈 전체 평균 출력 전력량(E2)을 계산하며,
    상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에 상기 전체 고장기준치(U2)를 곱한 값을 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에서 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하고,
    상기 셀 얼레이의 고장기준치(U1)를 이용하여 고장으로 진단된 셀 모듈과 상기 전체 고장기준치(U2)를 이용하여 고장으로 진단된 셀모듈이 서로 일치되는 경우에만 해당 셀모듈을 최종적으로 고장으로 진단함을 특징으로 하는 태양광 모듈 모니터링 장치.
  3. 복수의 셀모듈들이 행과 열로 배열되어 셀어레이를 구성하고, 상기 셀어레이가 복수로 배열되어 태양광 발전을 수행하는 태양광 발전장치의 모니터링을 위한 태양광 모듈 모니터링 장치에 있어서:
    상기 태양광 발전장치를 구성하는 셀모듈들 각각에 전력측정기를 장착하여, 각각의 셀모듈들에서 출력되는 출력 전력량을 측정하여 무선전송하는 전력측정부와;
    상기 태양광 발전장치를 구성하는 각 모듈에 대한 전체 고장 기준치(U2)를 백분율(%)로 입력받아 저장하고, 상기 전력측정부를 통해 전송되는 각 모듈들의 출력전력량을 통해 상기 태양광 발전장치의 전체 출력 전력량(A2) 및 상기 전체 출력 전력량(A2)을 셀모듈 전체 개수로 나눈 전체 평균 출력 전력량(E2)을 계산하며,
    상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에 상기 전체 고장기준치(U2)를 곱한 값을 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에서 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하는 진단부를 구비함을 특징으로 하는 태양광 모듈 모니터링 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 진단부는, 강수량 판단반영치, 적설량 판단반영치, 예년 발전량 평균데이터 판단반영치, 미세먼지 판단반영치, 시간대별 차감 데이터 판단반영치, 계절에 따른 차감데이터 판단반영치, 및 모듈 진행성 성능저하에 따른 차감데이터 판단반영치, 기타 필요로 하는 데이터 판단반영치 중 적어도 하나의 판단반영치에 따른 차감용량을, 상기 태양광 발전장치의 총 발전용량 또는 예년 발전량 평균데이터에서 뺀 값보다 상기 태양광 발전장치의 현재 발전량이 작은 경우에, 청소시기로 판단함을 특징으로 하는 태양광 모듈 모니터링 장치.
  5. 복수의 셀모듈들이 행과 열로 배열되어 셀어레이를 구성하고, 상기 셀어레이가 복수로 배열되어 태양광 발전을 수행하는 태양광 발전장치의 모니터링을 위한 태양광 모듈 모니터링 방법에 있어서:
    각각의 셀어레이를 구성하는 셀모듈들 각각에 전력측정기를 장착하여, 각각의 셀모듈들에서 출력되는 출력 전력량을 측정하여 무선전송하는 측정단계와;
    상기 태양광 발전장치를 구성하는 셀어레이의 위치별 상황을 고려하여 각 셀어레이마다 정의된 고장 기준치(U1)를 백분율(%)로 입력받아 저장하고, 상기 전력측정기를 통해 전송되는 각 셀모듈들의 출력전력량을 통해 상기 셀어레이 각각의 셀어레이 전체 출력 전력량(A1) 및 상기 셀어레이 내의 각 셀모듈에 대한 평균 출력 전력량(E1)을 계산하여 저장하는 저장단계와;
    특정 셀어레이 내의 셀 모듈들의 고장여부를 판단함에 있어, 상기 셀어레이 내의 각 셀모듈에 대한 평균 출력 전력량(E1)에서 상기 평균 출력 전력량(E1)에 해당 셀 얼레이의 고장기준치(U1)를 곱한 값을 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하는 고장진단단계를 구비함을 특징으로 하는 태양광 모듈 모니터링 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 저장단계는,
    상기 태양광 발전장치를 구성하는 각 모듈에 대한 전체 고장 기준치(U2)를 백분율(%)로 저장하고, 상기 전력측정부를 통해 전송되는 각 모듈들의 출력전력량을 통해 상기 태양광 발전장치의 전체 출력 전력량(A2) 및 상기 전체 출력 전력량(A2)을 셀모듈 전체 개수로 나눈 전체 평균 출력 전력량(E2)을 계산하여 저장하는 단계를 더 포함하고,
    상기 고장진단단계는,
    상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에 상기 전체 고장기준치(U2)를 곱한 값을 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에서 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하는 단계를 더 포함하고,
    상기 고장진단단계 이후에,
    상기 셀 얼레이의 고장기준치(U1)를 이용하여 고장으로 진단된 셀 모듈과 상기 전체 고장기준치(U2)를 이용하여 고장으로 진단된 셀모듈이 서로 일치되는 경우에만 해당 셀모듈을 최종적으로 고장으로 진단하는 최종진단단계를 더 구비함을 특징으로 하는 태양광 모듈 모니터링 방법.
  7. 복수의 셀모듈들이 행과 열로 배열되어 형성되는 셀어레이를 구성하고, 상기 셀어레이가 복수로 배열되어 태양광 발전을 수행하는 태양광 발전장치의 모니터링을 위한 태양광 모듈 모니터링 방법에 있어서:
    상기 태양광 발전장치를 구성하는 셀모듈들 각각에 전력측정기를 장착하여, 각각의 셀모듈들에서 출력되는 출력 전력량을 측정하여 무선전송하는 측정단계와;
    상기 태양광 발전장치를 구성하는 각 모듈에 대한 전체 고장 기준치(U2)를 백분율(%)로 입력받아 저장하고, 상기 전력측정기를 통해 전송되는 각 모듈들의 출력전력량을 통해 상기 태양광 발전장치의 전체 출력 전력량(A2) 및 상기 전체 출력 전력량(A2)을 셀모듈 전체 개수로 나눈 전체 평균 출력 전력량(E2)을 계산하여 저장하는 저장단계와;
    상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에 상기 전체 고장기준치(U2)를 곱한 값을 상기 전체 평균 출력 전력량(E2)에서 뺀 값보다 작은 출력 전력량을 가지는 셀모듈을 고장으로 진단하는 고장진단단계를 구비함을 특징으로 하는 태양광 모듈 모니터링 방법.
  8. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 저장단계 이후에, 강수량 판단반영치, 적설량 판단반영치, 예년 평균데이터 판단반영치, 미세먼지 판단반영치, 시간대별 차감 데이터 판단반영치, 계절에 따른 차감데이터 판단반영치, 및 모듈 진행성 성능저하에 따른 차감데이터 판단반영치, 기타 필요로 하는 데이터 판단반영치 중 적어도 하나의 판단반영치에 따른 차감용량을, 상기 태양광 발전장치의 총 발전용량 또는 예년 발전량 평균데이터에서 뺀 값보다 상기 태양광 발전장치의 현재 전체 발전량이 작은 경우에, 청소시기로 판단함을 특징으로 하는 태양광 모듈 모니터링 방법.
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