KR20210042789A

KR20210042789A - 화재감지로 전원자동차단기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템

Info

Publication number: KR20210042789A
Application number: KR1020200035985A
Authority: KR
Inventors: 이태범
Original assignee: 이태범
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2021-04-20

Abstract

본 발명은 신재생 전기설비 시스템에 있어서 접속함 또는 배전반 내의 화재감지센서에서 신호를 감지하여, 모듈 또는 배터리와 접속함 또는 배전반 사이의 전원자동차단반에서 신속하게 전원자동차단, 자동 알림, 수동작동 기능을 하고, 모니터링도 가능한 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 태양광을 받아 직류전원을 생성하거나 직류전원을 충방전하는 복수의 태양광 모듈 또는 배터리(100); 상기 복수의 태양광 모듈 또는 배터리(100)에서 생성된 직류전원을 모아 인버터나 PCS(400)로 전달하는 접속함(배전반)(300)내에서의 화재나 화재징후 감지로 전원자동차단을 수행하는 신재생 전기설비 시스템에 있어서, 복수의 상기 태양광 모듈 또는 배터리(100)와 상기 인버터 또는 PCS(400) 사이에 구성되어 복수의 상기 태양광 모듈 또는 배터리(100)로부터 제공되는 직류전원을 상기 인버터 또는 PCS(400)로 공급 시 복수의 상기 태양광 모듈과 배터리(100)로부터 제공되는 직류전원의 각 병렬회로를 하나로 합하는 상기 접속함(배전반)(300)에 화재발생 징후나 화재징후를 온도와 CO가스를 적외선 반도체 감지센서로 디지털 감지하여 상기 태양광 모듈 또는 배터리(100)로부터의 직류전원의 흐름이 자동차단되어 상기 인버터 또는 PCS(400)로 공급되지 않도록 되는 전원자동차단반(200);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템을 제공한다.

Description

화재감지로 전원자동차단기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템{The renewable electric system with auto power-off function with fire detection}

본 발명은 화재예방과 화재 초기진압을 위한 모듈 또는 배터리의 전원자동 차단기능, 전원수동차단기능, 화재감지기능, 알림 기능 및 모니터링을 갖는 신재생 전기설비 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 모듈 또는 배터리에서 발생된 전원을 인버터나 PCS로 전달하게 되는 접속함 또는 배전반내의 화재 징후나 발생 시에 자체적인 전기 계통에서 자가 분리하여 화재의 추가나 확대방지 및 신속한 방재를 위한 알람과 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템에 관한 것이다.

태양광발전은 반도체로 만들어진 태양전지(모듈)에 빛 에너지를 조사하여 빛 에너지를 직류 전기로 변환하여 전력을 생산하는 것으로써, 무한정ㆍ무공해의 태양 에너지를 이용하므로 연료비가 들지 않고, 대기오염이나 폐기물 발생이 적으며, 또한 기계적인 진동과 소음이 없고, 수명이 최소 25년 이상으로 길며, 유지보수도 용이한 장점이 있다.

일반적으로 태양광 발전시스템은 빛 에너지를 직류의 전기 에너지로 변환하게 되는 태양광 모듈과, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하기 위한 인버터와, 태양광 모듈에서 발생된 직류 전원을 인버터로 전달하게 되는 접속함을 포함하며, 인버터에서 변환된 교류 전원은 별도의 교류 배전반에 의해 전력 계통 시스템으로 보내 구내 또는 수용가에 공급되어 사용된다.

단위 태양전지에서 발생되는 전기 에너지의 량은 매우 작기 때문에 통상적으로는 여러 개의 태양전지군을 모듈로 제작하며, 또한 복 수개의 태양광 모듈을 직렬로 한 그룹으로 어레이를 구성하고 이러한 그룹을 다시 병렬로 연합하여 필요한 전력을 확보하게 된다.

한편 접속함은 직류출력 개폐기 또는 차단기, 피뢰소자, 퓨즈 등으로 구성되고, 절연저항측정이나 정기적인 단락전류 확인을 위한 출력단자용 개폐기 등을 포함하여 복수의 태양광 모듈에서 발생된 직류 전원을 취합하여 인버터로 전달하는 기능을 수행하며 통상적으로 실외에 설치되며, 따라서 우천 등의 가혹한 조건과 고온 환경에서 장기간 운전이 이루어짐에 따라서 항시 화재 발생의 가능성이 높으며, 현재 운영 중인 태양광 발전시스템의 하자 상당 부분은 접속함에서 발생되고 있는 실정이다.

이러한 태양광 접속함은 각종 전기 부품과 배선이 복잡하게 배열되어 접촉불량에 의한 과열, 단선, 단락에 의한 아크발생 및 절연피복재 열화에 의한 절연파괴 현상 등의 발생 위험이 높으며, 내부 발화 시에 순식간에 큰 화재로 확산되기 쉽다.

또한 태양광 모듈나 접속함은 실외에 설치된 관계로 화재를 인지하더라도 신속한 화재 진압이 용이하지 않으며, 통상적으로 화재 발생 시에 초기 진화가 매우 중요하고, 화재발생 후에도 태양광모듈에서 지속적으로 직류전원이 유입되어 쉽게 진화되지 않는 문제점이 있었다.

전기 화재가 발생되면 재산 피해 및 인명 피해가 매우 크기 때문에 무엇보다 가장 중요한 것은 전기 화재의 조기검출 기능장치, 모듈 또는 배터리 직류전원 차단장치와 접속함의 전압전류 계측 시스템의 개발이 매우 절실하다.

태양광 발전의 경우, 야간에는 발전이 불가능하고, 주간에도 기상상황에 따라 발전출력이 변동하기 때문에 주간에 일조량이 많은 시간 동안의 잉여전력을 저장하여 두기 위해 에너지저장장치(ESS, PCS)를 설치하여 신재생 전기설비로 태양광 발전과 함께 운전하고 있다.

상기 에너지저장장치는 대표적으로 전기 에너지를 저장하는 배터리, PCS, 배전반 등 필요로 하는 에너지원에 따라 다양한 형태로 구성이 이뤄지고 있고, 최근 에너지저장장치의 용량증가와 가격하락 및 수명 장기화에 따라 병용 사례는 계속 증가하고 있으나, 기술개발 미진으로 화재사고가 빈발하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 신재생 전기설비 시스템에 있어서 접속함 또는 배전반 내의 화재감지센서에서 신호를 감지하여, 모듈 또는 배터리와 접속함 또는 배전반 사이의 전원자동차단반에서 신속하고 자동적으로 전원차단, 자동 알림, 수동작동 기능, 모니터링기능을 통하여 화재예방, 초기 완전진압 및 확산방지가 가능한 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 태양광을 받아 직류전원을 생성하거나 직류전원을 충방전하는 복수의 태양광 모듈 또는 배터리(100); 상기 복수의 태양광 모듈 또는 배터리(100)에서 생성된 직류전원을 모아 인버터나 PCS(400)로 전달하는 접속함(배전반)(300)과 전원자동차단반(200)내에서의 화재나 화재징후 감지 시 전원차단을 수행하는 태양광발전이나 에너지저장장치(ESS, PCS)을 포함하는 신재생 전기설비 시스템에 있어서, 복수의 상기 태양광 모듈 또는 배터리(100)의 직류전원을 상기 인버터 또는 PCS(400)로 공급 시 상기 태양광 모듈 또는 배터리(100)와 상기 인버터 또는 PCS(400) 사이에 구성되어 복수의 상기 태양광 모듈과 배터리(100)의 직류전원의 각 병렬회로를 하나로 합하는 접속함(배전반)(300)과 전원자동차단반에 화재발생 징후나 화재징후 시 태양광 모듈 또는 배터리(100)로부터의 직류전원 공급을 자동차단하는 전원자동차단반(200);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템을 제공한다.

여기서 전원자동차단반(200)은, 상기 태양광 모듈이나 배터리(100)와 1:1로 연결되며, 션트코일(220)을 통해 트립되어 상기 태양광 모듈이나 배터리(100)로부터의 직류전원이 접속함(300)으로 공급되는 것을 자동차단하는 차단기(전자접촉기)(210)와, 경광등과 스피커로 구성되어 소리와 빛으로 화재나 화재징후를 알리는 알림부(230)와, 상기 전원자동차단반(200)내 비상시 수동으로 차단작동지시부(250)에 작동신호를 보내는 수동버튼(240) 및 화재정보를 받아 상기 배터리 모듈 또는 배터리(100)로부터의 직류전원을 차단하기 위한 차단신호를 상기 션트코일(220)로 지시하여 상기 배터리 모듈 또는 배터리(100)로부터의 직류전원의 양극 또는 음극회로를 자동차단하는 차단작동 지시부(250)를 포함하여 구성됨이 요구된다.

또한 전원자동차단반(200)은, 입력측에 구성하여 태양광 모듈 또는 배터리(100) 스트링이 접속된 개별 회로 양극 또는 음극의 전류를 센싱(감지)하는 전류센서(260)에서 전류측정을 측정하여 검출된 신호를 수신하여 복수의 태양광 모듈(100) 각각의 발전량에 대한 모니터링 정보로 활용되거나 상기 퓨즈(310)의 단락 여부를 포함하는 운전상태의 이상 여부를 판정하는 정보수집표시부(270)와 전원자동차단반(200)내에도 온도 및 CO가스센서(285)를 설치하여 화재징후정보를 화재감지표시부(280)로 보내는 것과 상기 정보수집표시부(270), 화재감시표시부(280), 기상센서(700)와 차단작동을 위한 동작전원 공급함에 있어서 계통상용전원 이용시 24시간 공급되어 태양광발전이 안되는 야간에도 작동전원이 공급되는 모순을 없애기 위해 타이머를 장착한 상용전원을 이용한 전원공급 또는 태양광모듈(100)의 발전전력을 DC-DC 부스터를 이용한 DC작동전원을 공급하는 전원공급부(290)가 요구된다.

그리고 접속함(배전반)(300)은, 상기 접속함(배전반)(300)내의 열 또는 연기에 의한 화재징후정보를 온도 및 CO가스센서(285)로 수집하고, 수집된 화재정보를 전원자동차단반(200)내의 화재감지표시부(280)로 보내며, 상기 온도 및 CO가스센서(285)는 온도를 감지하여 획득하는 반도체 또는 적외선 온도센서와 전기화학방식의 반도체 CO(일산화탄소) 가스센서로 상태감지신호를 화재감지표시부(280)로 보내고, 화재감지표시부(280)는 화재 발생 또는 이상 유무를 판단하여 화재정보를 상기 전원자동차단반(200)의 상기 차단작동 지시부(250)로 보내는 것을 특징으로 한다.

여기서, 접속함(배전반)(300)은, 상기 태양광 모듈 또는 배터리(100) 스트링이 접속된 개별 회로에 음극과 양극 각각에 과전류를 보호하는 직류(DC)용 퓨즈(차단기)(310)와, 상기 접속함(배전반)(300)의 유지 보수 시의 안전성을 위하여 상기 접속함(배전반)(300)의 출력 모선 회로에 설치되는 차단기(개폐기)(320)와, 상기 접속함(배전반)(300)에 열 또는 연기의 화재징후정보를 수집하는 온도 및 CO가스센서(285)와, 상기 온도 및 CO가스센서(285)의 센싱정보와 상기 태양광 모듈(100)의 표면온도, 외기온도, 모듈의 경사각 일사량과 수평면 일사량 정보를 감지하는 기상센서(700)의 정보를 수집하고, 수집된 정보를 전원자동차단반(200)내의 화재감지표시부(280)와 정보수집표시부(270)를 통해 모니터링 시스템(500)으로 전송한다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양광을 받아 직류전원을 생성하거나 직류전원을 충방전하는 복수의 태양광 모듈 또는 배터리(100); 상기 복수의 태양광 모듈 또는 배터리(100)에서 생성된 직류전원을 모아 인버터나 PCS(400)로 전달하는 접속함(배전반)(300)내에서의 화재나 화재징후 감지로 전원자동차단을 수행하는 신재생 전기설비 시스템에 있어서, 복수의 상기 태양광 모듈 또는 배터리(100)와 상기 인버터 또는 PCS(400) 사이에 구성되어 복수의 상기 태양광 모듈 또는 배터리(100)로부터 제공되는 직류전원을 상기 인버터 또는 PCS(400)로 공급 시 복수의 상기 태양광 모듈과 배터리(100)로부터 제공되는 직류전원의 각 병렬회로를 하나로 합하는 상기 접속함(배전반)(300)에 화재발생 징후나 화재징후 시 상기 태양광 모듈 또는 배터리(100)로부터의 직류전원의 흐름이 차단되어 상기 접속함(배전반)(300)과 상기 인버터 또는 PCS(400)로 공급되지 않도록 되는 전원자동차단반(200);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 접속함과 전원자동차단반의 전기화재 초기상황을 먼저 감지하여 그 상황을 빛과 소리로 경고하고, 신속히 태양광모듈에 의해 발생되는 직류전원의 계통연계와 접속함으로 공급을 자동차단하여 화재를 초기 진압 및 확대방지를 할 수 있다.

둘째, 접속함과 전원자동차단반의 화재를 온도와 연기로 감지하고 이를 신속한 화재 진압을 위해 모니터링 관계자에게 알려 화재를 신속히 진압하여 화재의 확산을 방지하여 피해를 최소화 할 수 있다.

셋째, 대형사고로 이루어질 수 있는 화재 확산을 방지하고 감전, 유독가스 중독 등 인명사고의 위험을 사전에 예방하는 경우 물리적 피해 및 인명 피해를 방지하거나 최소화할 수 있다.

넷째, 소손부분을 최소화하여 화재 설비 복구비용이 절감되고, 회복기간이 단축되어 안전하고 경제적인 신재생 전기설비 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 신재생 전기설비 시스템에 있어서 일반적으로 많이 사용하는 일반 태양광발전시스템 계통도이다.
도 2는 화재예방과 초기진단에 의한 화재확산방지가 가능한 태양광 발전 시스템에서 태양광모듈의 직류전원을 수동 퓨즈 차단 기능을 적용한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템에서 화재감지기능, 직류전원의 자동차단기능과 전류정보 기능을 적용한 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템에서의 모니터링개념 흐름도의 예를 나타낸 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

아울러, 본 발명의 실시 예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이와 같이 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 신재생 전기설비 시스템에 있어서 일반적으로 많이 사용하는 태양광발전시스템 계통도이다.

본 발명에 있어서 참고해야 할 신재생 전기설비 시스템에 있어서 일반적으로 많이 사용하는 신재생 전기설비 시스템에 있어서의 태양광발전시스템 계통도를 도 1를 참조하여 설명하면, 태양광발전 시스템은 복수개의 태양광 모듈(100)과 인버터(400)와의 사이에 접속함(300)이 구성된다.

접속함(300)은 복수개의 태양광 모듈(100)에서 생성된 전원을 인버터(400)로 전달하게 되며, 복수개의 태양광 모듈(100)의 각 출력단과 직렬 연결되는 복수개의 전류센서(260), 퓨즈(310), 각 퓨즈(310)와 직렬로 연결되어 역전압을 방지하는 다이오드 및 인버터(400) 사이의 회로를 전력계통과 연계하는 온/오프하게 되는 차단기(320)를 포함하여 구성된다.

여기서 퓨즈(310)는 각각의 태양광 모듈(100) 출력단에 직렬로 연결되어 규정 값을 초과한 직류 전류가 인가될 경우에 단락이 이루어져 과전류로부터 접속함(300)의 전기적 회로를 보호한다.

다이오드는 각 퓨즈(310)의 출력단에 직렬로 연결되어 비정상적인 전류가 태양광 모듈(100)로 인입되는 것을 방지하는 역할을 하는데, 항시 역전압이 걸려 많은 열이 발생되고, 발생되는 열을 방출하기 위해 방열판까지 설치하게 된다. 이때, 다이오드의 열발생이 화재의 원인이 되기도 하여 KS규정에도 독립형 이외의 계통연계형 태양광발전의 경우는 그 구성이 생략된다.

이러한 태양광발전시스템의 접속함(300)은 퓨즈(310)의 전단에 구성되는 전류센서(260)에서 전류측정과 출력측 양극 음극 사이의 전압을 측정하여 검출된 신호를 수신하는 정보수집부(270)를 포함하여 구성된다.

여기서 정보수집부(270)는 각 퓨즈(310)의 전단에서 전류센서(260)에서의 전류를 측정하게 되며, 검출된 전류 값은 정보수집부(270)로 전달되어 각 태양광 모듈(100)의 발전량 모니터링 정보로 활용되거나, 퓨즈(310)의 단락 여부 등 운전상태의 이상 여부 판정에 사용될 수 있다.

특히 본 발명에서 화재감시센서(280)는 접속함(300) 내부의 온도를 검출할 수 있는 온도센서와, 접속함(300) 내에 발생된 CO가스(연기)를 검출할 수 있는 CO가스센서를 포함한다. 온도센서는 접속함 내부의 온도를 검출하기 위한 장치로 구성되어 접속함(300) 내부의 일정온도나 개별 소자에 대한 직접적인 온도 검출이 가능하다.

이러한 온도센서는 자외선이나 적외선을 이용하여 소자에서 발생되는 열을 검출하게 되는 비접촉 온도센서에 의해 제공될수 있고, CO가스센서는 전기화학방식의 반도체 소자로 제공될 수 있다.

그러나 이와 같이 일반적으로 접속반내의 화재를 감시하기 위해 사용하는 태양광발전시스템은 접속반 내의 화재징후를 센서를 이용하여 상태감시만 하고 화재 진압이나 화재 확산 방지에는 대책이 없는 구성이다. 특히 화재 확산 방지를 해결하기 위해서는 모듈로부터 지속적인 공급되는 직류전원를 차단하는 장치가 필요하다.

도 2은 화재예방과 초기진단에 의한 화재확산방지가 가능한 태양광 발전 시스템에서 직류전원의 수동 퓨즈 차단 기능을 설명하기 위한 도면이다.

도 2을 참고하면, 신재생 전기설비 시스템에 있어서 화재 발생시 화재확산방지를 위한 것으로, 복수의 태양광 모듈(100)과 접속함(300) 사이에 화재확산방지를 위하여 전원차단반(200)을 적용한 태양광발전시스템 계통도이다.

접속함의 화재 소화시 일반적으로 지속적으로 유입되는 직류 전원으로 진화가 어려운 상황에 놓이게 되어 화재의 확산과 피해를 저지하지 못하게 된다. 이를 해결하기 위하여 태양광 모듈(100)과 접속함(300) 사이에 전원차단반(200)을 설치하여 태양광 모듈(100)로부터의 직류의 전기 에너지, 즉 직류전원을 접속함(300)에 유입되지 못하게 하는 것이 필요하다.

이와 같이 태양광 모듈(100)로부터의 직류전원 차단 방법으로는 퓨즈(310)나 개폐기를 사용하여 수동으로 회로를 개방하게 된다.

퓨즈(310)는 양극 또는 음극에 직류용으로 회로정격전류에 대하여 135% 이상의 과부하 내량을 가지고 과전류보호정격은 회로정격전류의 150%이상 240% 이하로 선정하고, 차단기로 구성하는 경우에는 양극 또는 음극에 정격전압보다 120%이상 정격전압과 회로정격전류의 125%이상 240% 이하의 전류정격으로 선정한다.

또한 접속함(300) 화재의 주된 요인이고, 사용시 열이 많이 발생하여 처리가 어렵던 다이오드를 제외하였다. 현 KS규정에서도 계통연계형의 경우는 다이오드 사용을 강제하고 있지 않다.

그러나 이러한 도 2의 경우에는 수동으로 모듈전원을 차단하는 불편함과 차단 전까지 화재의 완전한 진화가 없는 단점은 존재하고 있다.

도 3는 본 발명에 따른 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템에서 직류전원의 자동차단과 자동전류검측 기능을 설명하기 위한 도면이고, 본 발명에 따른 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템에서의 온도 및 CO가스의 화재감지센서와 화재감지표시부의 예를 나타낸 도면이다.

도 3를 참고하면, 본 발명은 태양광발전설비나 ESS 등의 신재생 전기설비의 접속함이나 배전반(300)내 화재발생 가능성에 대하여 화재징후 감시기능과 화재감시시 태양광 모듈이나 배터리(100)의 직류전원을 자동차단하는 전원자동차단반(200)과 그 정보를 모니터링으로 구성하여 화재예방과 초기진단에 의한 화재진압이 가능한 시스템으로, 이의 구체적인 실시예로 적용된 구성도이다.

이러한 본 발명은 도 2의 구성에서 전원차단반(200)내의 퓨즈/차단기(310)의 수동차단을 화재감시센서(280)의 센싱신호에 의한 자동차단으로 전환하고, 스트링의 회로별 전류측정을 접속함(300)에서 전원자동차단반(200)으로 이동한 구성된 것이다.

이를 보다 상세히 설명하면, 본 발명 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템은 도 3에 나타낸 바와 같이, 태양광 모듈(100) 또는 배터리, 전원자동차단반(200), 접속함(배전반)(300), 인버터 또는 PCS(400), 모니터링 시스템(500), 스마트 폰(600) 및 기상센서(700)을 포함하여 구성된다.

여기서 태양광 모듈 또는 배터리(100)는 직류전원을 인버터 또는 PCS(400)로 공급한다. 이러한 태양광 모듈과 배터리(100)는 복수개가 구성된다.

전원자동차단반(200)은 태양광 모듈 또는 배터리(100)는 직류전원을 인버터 또는 PCS(400)로 공급 시 태양광 모듈 또는 배터리(100)와 인버터 또는 PCS(400) 사이에 구성되어 복수의 태양광 모듈과 배터리(100)의 직류전원의 각 병렬회로를 하나로 합하는 접속함(배전반)(300)에 화재발생 징후나 화재징후 시 태양광 모듈(100) 또는 배터리로부터의 직류전원 공급을 자동차단한다.

이러한 전원자동차단반(200)은 차단기(전자접촉기)(210), 션트코일(220), 알림부(230), 수동버튼(240), 차단작동 지시부(250), 전류센서(260), 정보수집표시부(270), 화재감지표시부(280) 및 전원공급부(290)로 구성된다.

여기서 차단기(전자접촉기)(210)는 태양광 모듈이나 배터리(100)와 1:1로 연결되며, 션트코일(220)을 통해 트립되어 태양광 모듈이나 배터리(100)로부터의 직류전원이 접속함(300)으로 공급되는 것을 자동차단한다.

알림부(230)는 경광등과 스피커 등으로 구성되어 소리와 빛으로 화재나 화재징후를 알린다.

수동버튼(240)은 전원차단반(200)내 비상시 수동으로 차단작동지시부(250)에 작동신호를 보낸다.

차단작동 지시부(250)는 화재정보를 받아 배터리 모듈 또는 배터리(100)로부터의 직류전원을 차단하기 위한 차단신호를 션트코일(220)로 지시하여 모듈 또는 배터리(100)로부터의 직류전원의 양극 또는 음극회로를 자동차단한다.

접속함(배전반)(300)은 태양광 모듈 또는 배터리(100)는 직류전원을 인버터 또는 PCS(400)로 공급 시 복수의 태양광 모듈과 배터리(100)의 직류전원의 각 병렬회로를 하나로 합하여 인버터 또는 PCS(400)로 공급한다.

이러한 접속함(배전반)(300)은 퓨즈(차단기)(310), 차단기(320), 온도 CO가스화재감지센서(285)를 포함하여 구성된다.

퓨즈(차단기)(310)는 태양광 모듈 또는 배터리(100) 스트링이 접속된 개별 회로에는 음극과 양극 각각에 과전류를 보호하는 직류(DC)용 퓨즈(차단기)이다.

차단기(개폐기)(320)는 접속함(배전반)(300)의 유지 보수 시의 안전성을 위하여 접속함(배전반)(300)의 출력 모선 회로에 설치된다.

온도 CO가스 화재감지센서(285)는 접속함(배전반)(300)에 열 또는 연기의 화재징후정보를 수집한다. 이러한 온도 CO가스 화재감지센서(285)는 열에 의한 온도를 감지하여 획득하는 반도체 또는 적외선 온도 또는 전기화학방식의 반도체 CO(일산화탄소)가스센서와, 상태감지신호를 송신할 수 있는 단자을 통하여 화재정보를 화재감지표시부(280)로 전송한다.

정보수집표시부(270)는 화재감지표시부(280)의 센싱정보와 기상센서(700)의 정보를 수집하고, 수집된 정보를 모니터링 시스템(500)으로 전송한다. 또한 전류센서(260)에서 전류측정 검출된 신호를 수신하여 각 태양광 모듈(100)의 발전량에 대한 모니터링 정보로 활용되거나 퓨즈(310)의 단락 여부 등 운전상태의 이상 여부를 판정하는데 이용된다.

전류센서(260)는 태양광발전 모듈 또는 배터리(100) 스트링이 접속된 개별 회로 양극 또는 음극의 전류를 센싱(감지)한다.

인버터 또는 PCS(400)는 접속함(배전반)(300)에서 공급된 직류전원을 부하나 전력계통으로 전송시 교류전원으로 변환한다.

도 4를 참고하면, 모니터링 시스템(500)은 접속반(배전반)(300)이나 전원자동차단반(200)의 화재발생 징후나 화재발생에 대한 데이터를 모니터링하고, 태양광 모듈이나 배터리(100)로부터 접속반(배전반)(300)으로 공급되는 직류전원을 전원자동차단반(200)에서 자동차단이나 수동차단 상태정보, 인버터의 발전전력정보를 관리자의 스마트폰(600)으로 해당 정보를 전송한다.

스마트 폰(600)은 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템 관리자의 스마트 폰(600)이다. 관리자의 스마트폰(600)으로 화재감지에 따른 접속반(배전반)(300)이나 인버터 또는 PCS(400)의 화재발생 징후나 화재발생에 대한 데이터나 발전전력정보를 전송함으로써 화재진압과 전원차단에 따른 후속조치를 관리자 차원에서도 다양하게 대응할 수 있다.

기상센서(700)는 태양광 모듈(100)의 표면온도, 외기온도, 모듈의 경사각 일사량과 수평면 일사량 정보를 감지한다.

이와 같은 본 발명은 전면개폐가능하고 옥외형인 경우 외부분진 침입을 막기 위한 기밀한 구조의 도어가 달린 함체구조의 접속함이나 배전반(300)은 복수의 태양광 모듈이나 배터리(100)에서 생성된 직류전원을 인버터나 PCS(400)로 전달하기 위하여 중간에 위치하여 각 병렬회로를 하나의 회로로 모으는 접속함이나 배전반(300)내의 온도 CO가스 화재감지센서(285)가 온도, CO가스 등의 화재정보를 수집하여 화재감지표시부(280)로 보내 화재경계신호를 발생시켜 수집된 화재정보에 따라 화재예방이나 초기진압을 위하여 태양광 모듈이나 배터리(100)로부터 접속함이나 배전반(300)로의 직류전원 공급이 전원자동차단반(200)에서 자동차단되도록 한다.

이러한 직류전원 공급이 차단되도록 태양광 모듈이나 배터리(100)와 접속함이나 배전반(300) 중간에 위치하여 접속함이나 배전반(300)의 화재발생 징후감시에 따른 제어신호에 따라 자동이나 수동으로 태양광 모듈(100)이나 배터리로부터의 직류전원이 접속함이나 배전반(300) 공급되는 것을 차단하는 전원자동차단반(200)과 모니터링(500)으로 구성되는 것이다.

접속함(배전반)(300)에는 열 또는 연기의 화재징후정보를 수집하고, 수집된 화재정보를 보내는 온도 CO가스 화재감지센서(285)는 화재에 의해서 발생하는 열에 의한 온도를 감지하여 획득하는 적외선 온도센서 또는 전기화학식 검출방식의 CO가스 농도를 감지하는 CO가스 센서와 감지신호를 송신할 수 있는 단자로 구성되어, 화재 발생 또는 이상 유무를 판단하는 화재감지표시부(280)를 통하여 이 신호를 모니터링 시스템(500)에 화재 징후 경보를 전달하고 선택적으로 유무선으로 관리자의 스마트폰(600)으로 해당 정보를 전송하도록 한다.

구체적으로 전원자동차단반(200)에 접속함이나 배전반(300)내 온도 CO가스 화재감지센서(285)의 화재정보를 받아 자동 또는 수동버튼에 의한 수동으로 태양광 모듈이나 배터리(100)로부터의 직류전원을 차단하기 위한 차단신호를 릴레이 등으로 지시신호를 발하는 차단작동지시부(250)와 차단작동지시부(250)의 작동지시를 션트코일(220)로 받아 태양광 모듈이나 배터리(100)로부터의 직류전원 양극 또는 음극회로를 자동차단하는 차단기나 전자접촉기(210)를 포함하는 신재생 전기설비 시스템이다.

화재정보를 경광등으로 소리와 빛으로 알리는 알림부(230)와 비상시 수동으로 차단작동지시부(250)에 작동신호를 보내는 수동버튼(240)이 전원자동차단반(200)에 포함된다.

또한 신재생전기설비의 직류전원 회로별로 설치되는 전류센서(260)의 각 채널별 직류전원의 전압과 전류 정보, 화재감지표시부(280)의 함내의 온도(섭씨 0-99.9도), CO가스(0-1,000PPM)의 화재감지정보, 기상센서의 외부 수평면 또는 경사면의 일사량(0-1300W/sqm)과 온도(-70-99.9도)를 감지하는 외부기상정보, 인버터로 부터의 입력DC 출력AC의 전압, 전류, 전력, 역률, 주파수, 누적발전량, 고장여부, 배터리의 경우는 온도(최고,최저,평균), 전압, 전류 등의 전력 및 상태정보를 현장데이터 수집장치(RTU)로 보내지고 저장되며, 유선 또는 무선 연결된 PC, 스마트폰 또는 태블릿 PC에서 현재, 금일, 금월, 금년, 누적 발전전력량(Kwh) 및 발전시간(h), CO₂ 등 발전현황과 접속함 인버터의 정보와 통계, 경보 이력 등을 모니터링하게 된다.

이상과 같은 발명의 운영상 진행을 보면 접속함이나 배전반(300)내에 화재 발생이 예상되어 접속함이나 배전반(300)내에 온도가 미리 설정된 일정온도(예를 들어 60-70℃)가 도달하거나, CO가스가 일정농도(예를 들어 40 내지 60PPM)이상이거나 높아질 경우 온도 CO가스 화재감지센서(285)가 감지하여 그정보를 화재감지표시부(280)로 전달되어 차단작동지시부(250)로 알리고, 알림부(230)에 보내 소리와 빛으로 경고사항을 알리고, 동시에 전원자동차단반(200)의 차단기나 전자접촉기(210)로 태양광 모듈(100)이나 배터리의 직류전원을 차단하게 된다.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 게시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 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 한다.

100 : 태양광 모듈 또는 배터리
200 : 전원자동차단반 210 : 차단기(전자접촉기)
220 : 션트코일(트립 조작코일) 230 : 알림부
240 : 수동버튼 250 : 차단작동지시부
260 : 전류센서 270 : 정보수집표시부
280 : 화재감지표시부 285 : 온도 CO가스센서
290 : 전원공급부
300 : 접속함(배전반) 310 : 퓨즈 또는 차단기
320 : 차단기/개폐기
400 : 인버터 또는 PCS 500 : 모니터링 시스템
600 : 스마트폰 700 : 기상센서

Claims

태양광을 받아 직류전원을 생성하거나 직류전원을 충방전하는 복수의 태양광 모듈 또는 배터리(100); 상기 복수의 태양광 모듈 또는 배터리(100)에서 생성된 직류전원을 모아 인버터나 PCS(400)로 전달하는 접속함(배전반)(300)내에서의 화재발생이나 화재징후 감지 시 자동전원차단을 수행하는 신재생 전기설비 시스템에 있어서,
복수의 상기 태양광 모듈 또는 배터리(100)의 직류전원을 상기 인버터 또는 PCS(400)로 공급 시 상기 태양광 모듈 또는 배터리(100)와 상기 인버터 또는 PCS(400) 사이에 구성되어 복수의 상기 태양광 모듈과 배터리(100)의 직류전원의 각 병렬회로를 하나로 합하는 접속함(배전반)(300)에 온도상승이나 화재발생 징후 시 화재확산과 원천차단을 위해 태양광 모듈 또는 배터리(100)로부터의 접속함(배전반)(300)에 직류전원 공급을 자동차단하는 전원자동차단반(200);
이러한 시스템 상태를 감시 감독 할 수 있는 모니터링시스템(500);을
구성됨을 특징으로 하는 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전원자동차단반(200)은,
상기 복수의 태양광 모듈이나 배터리(100)는 직병렬 연결되고, 모듈이나 배터리(100) 병렬회로별 직류전류크기 즉, 발전전류를 파악 할 수 있는 전류센서(260)와
접속함(배전반)(300)내 온도 CO가스센서(285)의 적외선 온도 센서에서 측정된 열영역 영상의 단일 또는 다중 픽셀 값들 중 최고값이 사전에 정해진 기준 온도 이상이거나, 비분산 적외선 가스 센서에서 측정한 가스 농도가 사전에 정해진 기준 농도 이상이면, 상기 하우징 내부에 화재를 감지한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하고 표시하고, 접점신호는 차단작동지시부(250)로 보내고, 온도와 CO가스농도 수치는 모니터링시스템(500)으로 전달하는 화재감지표시부(280)와,
상기 태양광 모듈(100)의 표면온도, 외기온도, 모듈의 경사각 일사량과 수평면 일사량 정보를 감지하는 기상센서(700)와,
상기 기상센서(700)의 기상정보와 태양광 모듈 또는 배터리(100) 스트링이 접속된 개별 병렬회로 양극 또는 음극의 전류를 직류5V의 감지전압으로 1200-9600bps 속도로 센싱(감지)하는 전류센서(260)에서 전류측정정보를 RS-232, 485 통신방식으로 수신받고 모니터링시스템(500)에 송신하는 정보수집표시부(270)와,
화재감지표시부(280)의 화재신호가 차단작동지시부(250)로 전달되면, 션트코일(220)을 통해 트립되어 상기 태양광 모듈이나 배터리(100)로부터의 직류전원이 접속함(300)으로 공급되는 양극 또는 음극회로를 자동차단하는 차단기(전자접촉기)(210)와,
화재감지표시부(280)의 화재신호를 경광등과 스피커로 구성되어 소리와 빛으로 화재나 화재징후를 알리는 알림부(230)와,
상기 전원자동차단반(200) 외부면에 설치하여 비상시 수동으로 차단작동지시부(250)에 작동신호를 보내는 수동버튼(240)과
상기 정보수집표시부(270), 화재감시표시부(280), 기상센서(700)와 차단작동을 위한 동작전원 공급함에 있어서 계통상용전원 이용시 24시간 공급되어 태양광발전이 안되는 야간에도 작동전원이 공급되는 모순을 없애기 위해 타이머를 장착한 상용전원을 이용한 전원공급 또는 태양광모듈(100)의 발전전력을 DC-DC 부스터를 이용한 DC작동전원을 공급하는 전원공급부(290)을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재감지 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 접속함(배전반)(300)은,
상기 접속함(배전반)(300)내의 열 또는 연기에 의한 화재징후정보를 수집하는 온도 CO가스 화재감지센서(285)가 구성되며,
상기 화재감지센서(285)는 상기 하우징 내부의 온도를 감지하여 열영역 4X4 주변 온도를 획득하는 적외선 온도 센서와 적외선 영역에서 기체 분자가 갖는 흡수 스펙트럼의 성질을 이용하여 CO가스 특정 기체의 농도를 검출하여 가스 농도를 감지하는 비분산 적외선 가스 센서 또는 화학방식의 반도체 가스 센서로 구성되고, 적외선 온도 센서는 단일 또는 다중영역으로 구성하고, 센서들의 정보를 초당 0.5 Hz에서 64Hz까지의 범위로 송수신하여 감지된 화재정보를 상기 전원자동차단반(200)의 화재감지표시부(280)을 거쳐 사전에 정해진 기준 온도 이상이거나, 측정한 가스 농도가 사전에 정해진 기준 농도 이상이면, 상기 하우징 내부에 화재를 감지한 것으로 판단하여 그 정보를 상기 차단작동 지시부(250)로 보내는 것을 특징으로 하는 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 접속함(배전반)(300)은,
상기 태양광 모듈 또는 배터리(100) 스트링이 접속된 개별회로 음극과 양극 각각에 과전류를 보호하는 직류(DC)용 퓨즈(차단기)(310)와,
상기 접속함(배전반)(300)의 유지 보수 시의 안전성을 위하여 상기 접속함(배전반)(300)의 출력 모선 회로에 설치되는 차단기(개폐기)(320)와,
상기 접속함(배전반)(300)에 열 또는 연기의 화재징후정보를 수집하는 온도 CO가스 화재감지센서(285)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 화재감지로 전원자동차단 기능을 갖는 신재생 전기설비 시스템.
청구항 1에 있어서,
화재발생우려가 있는 신재생전기설비의 접속함이나 배전반(300);
상기 하우징내의 온도, CO가스을 감지하는 온도 CO가스 화재감지센서(285);와
전원자동차단반(200)내에 모듈(100) 병렬회로 별 직류 전류를 측정하는 전류센서(260);
온도 CO가스센서(285)의 화재정보를 받아 분석 판단하고 정보를 송출하는 화재감지표시부(280);
외부 일사량과 온도를 감지하는 기상센서(700);
상기 전류센서(260), 화재감지표시부(280), 기상센서(700)에서 측정한 각종 데이터를 수집하여 모니터링(500)으로 전송하는 정보수집표시부(270);와
이러한 직류전원을 전력계통과 부하에 공급하기 위한 정상적인 교류전원으로 변환 공급하는 인버터 또는 PCS(400);로
구성된 신재생전기설비에 있어서,
상기 각종 데이터와 인버터의 각종 전력정보를 모아 PC나 서버와 RTU( Remote Terminal Unit, 현장데이터 수집장치)로 구성된 모니터링장치(500);와 관리자가 상기 정보를 모니터화면으로 확인 할 수 있게 구현하는 프로그램과 PC(Personal Computer, 컴퓨터)나 서버;로 구성되어 관련 접속함 또는 배전반(300)내의 직류전원 채널별 전류와 온도/CO가스센서 등으로 실시간 화재징후 감지모니터링 및 경보기능 , 신재생설비 주위의 일사량 외기온도의 기상모니터링, 인버터 또는 PCS(400)의 전압 전류 전력 등 실시간 금일 누적발전전력 모니터링, 기간별 데이터 저장 및 통계를 특징으로 하는 모니터링시스템을 포함하는 신재생 전기설비 시스템.