KR20210069150A - 태양광 모듈의 열화도 판단 방법 및 장치 - Google Patents

태양광 모듈의 열화도 판단 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 모듈의 상태를 실시간 모니터링하고 열화도 진단을 수행하는 태양광 모듈의 열화도 판단 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

태양광 모듈의 열화도 판단 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DEGRADATION DIAGNOSIS OF PHOTOVOLTAIC MODULE}
본 발명은 태양광 모듈의 상태를 실시간 모니터링하고 열화도 진단을 수행하는 태양광 모듈의 열화도 판단 방법 및 장치에 관한 것이다.
태양광 발전은 태양으로부터의 빛에너지를 직접 전기에너지로 바꾸어주는 발전 방식이다. 태양광 발전 시스템은 에너지원이 청정하고 무제한인 점, 필요한 장소에서 필요한 양만 발전이 가능하다는 점, 유지 보수가 용이하고 무인화가 가능하다는 점, 20년 이상의 장수명이 가능하다는 점, 건설기간이 짧아 수요 증가에 신속한 대응이 가능하다 점에서, 태양광 발전 시스템은 전체 발전량에서 그 비중이 점점 증가하고 있는 추세이다.
이러한 태양광 발전의 핵심은 일반적으로 pn 접합 구조를 가진 태양 전지(solar cell)로서 외부로부터 광자(photon)가 태양전지의 내부로 흡수되면 광자가 지닌 에너지에 의해 태양전지 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성된다. 생성된 전자-정공 쌍은 pn 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고, 정공은 p형 반도체로 이동해서 각각의 표면에 있는 전극에서 수집된다. 각각의 전극에서 수집된 전하는 외부 회로에 부하가 연결된 경우, 부하에 흐르는 전류로서 부하를 동작시키는 에너지의 원천이 된다.
태양전지의 최소 단위를 셀이라고 한다. 실제로 태양전지 셀을 그대로 사용하는 일은 거의 없다. 그 이유는 2가지로, 하나는 셀 1 개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로서 매우 작고 실제로 사용할 전압은 수 V에서 수십 혹은 수백 V 이상이 되고, 따라서, 셀을 몇 개나 몇십개 직렬로 연결하여 사용하지 않으면 안 된다. 또 하나의 이유는 야외에서 사용할 경우, 여러 가지 혹독한 환경에 처해지기 때문에 접속된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호할 필요가 있다. 이와 같은 이유에서 복수의 셀을 패키지로 한 것을 태양광 모듈이라고 말하고 있다. 또, 이 모듈을 복수개로 이어서 용도에 맞게 한 것을 태양광 어레이라 칭하고 있다.
대규모 태양광 발전의 경우, 적게는 수십 개 많게는 수백 개 이상의 태양광 어레이가 설치된다. 태양광 발전은 운영 중 열화 상태, 오염 상태 등과 같은 발전 상태가 모니터링 되고 그에 따른 적절한 유지/보수를 통해 태양광 발전 효율을 최적화시켜야 한다.
한편, 태양광 발전은 시간이 지날수록 외부환경의 영향으로 외형이 변형되고 전기적 성능이 감소되는 열화현상이 발생하게 된다. 이와 같은 열화현상은 태양광모듈의 출력성능과 수명을 감소시키고 막대한 발전량 손실을 초래하는 문제점이 있으므로 이를 대처할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
KR 1020160024400 A
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 태양광 모듈의 상태를 실시간 모니터링하고 열화도 진단을 수행하는 태양광 모듈의 열화도 판단 방법 및 장치에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 2개 이상 구비하는 태양광 발전장치에서 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 방법으로서, (a) 각 태양광 모듈의 전압을 측정하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서의 측정 결과에 기초하여, 각 태양광 모듈의 일평균 전압을 산정하고 저장하는 단계; (c) 각 스트링의 출력 전압 및 출력 전력을 측정하는 단계; (d) 상기 단계 (c)에서의 측정 결과, 어느 한 스트링이 다른 스트링에 비하여 편차가 있다고 판단되는 경우, 해당 스트링의 각각의 태양광 모듈에 대하여 상기 단계 (b)에서 저장된 일평균 전압에 대한 정보를 이용하여 각각의 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 산정하는 단계; 및 (e) 상기 단계 (d)에서 산정된 각 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 기준 변동율과 대비하여 해당 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 단계를 포함한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 2개 이상 구비하는 태양광 발전장치에서 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 장치로서, 적어도 하나의 프로세서; 및 컴퓨터로 실행가능한 명령을 저장하는 적어도 하나의 메로리를 포함하되, 상기 적어도 하나의 메모리에 저장된 상기 컴퓨터로 실행가능한 명령은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의하여. (a) 각 태양광 모듈의 전압을 측정하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서의 측정 결과에 기초하여, 각 태양광 모듈의 일평균 전압을 산정하고 저장하는 단계; (c) 각 스트링의 출력 전압 및 출력 전력을 측정하는 단계; (d) 상기 단계 (c)에서의 측정 결과, 어느 한 스트링이 다른 스트링에 비하여 편차가 있다고 판단되는 경우, 해당 스트링의 각각의 태양광 모듈에 대하여 상기 단계 (b)에서 저장된 일평균 전압에 대한 정보를 이용하여 각각의 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 산정하는 단계; 및 (e) 상기 단계 (d)에서 산정된 각 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 기준 변동율과 대비하여 해당 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 단계가 실행되도록 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면은 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 2개 이상 구비하는 태양광 발전장치에서 태양광 모듈의 열화도를 판단하기 위한 컴퓨터 프로그램으로서, 비일시적 저장 매체에 저장되며, 프로세서에 의하여 (a) 각 태양광 모듈의 전압을 측정하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서의 측정 결과에 기초하여, 각 태양광 모듈의 일평균 전압을 산정하고 저장하는 단계; (c) 각 스트링의 출력 전압 및 출력 전력을 측정하는 단계; (d) 상기 단계 (c)에서의 측정 결과, 어느 한 스트링이 다른 스트링에 비하여 편차가 있다고 판단되는 경우, 해당 스트링의 각각의 태양광 모듈에 대하여 상기 단계 (b)에서 저장된 일평균 전압에 대한 정보를 이용하여 각각의 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 산정하는 단계; 및 (e) 상기 단계 (d)에서 산정된 각 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 기준 변동율과 대비하여 해당 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 단계가 실행되도록 하는 명령을 포함한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면의 태양광 모듈의 열화도 진단 시스템은 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 2개 이상 구비하는 태양광 발전장치; 상기 태양광 모듈 각각에 구비되어 태양광 모듈의 전압을 측정하는 태양광 모듈 전압 측정 센서; 상기 스트링의 출력 전압 및 출력 전류를 측정하는 스트링 전압/전류 측정 센서; 상기 태양광 모듈 전압 측정 센서 및 상기 스트링 전압/전류 측정 센서의 측정값을 기초로 하여 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 진단장치를 포함한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면의 태양광 모듈의 등급 판단 장치는 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 2개 이상 구비하는 태양광 발전장치; 상기 태양광 발전장치의 특정 파장대에서의 양자효율 (quantum efficiency, QE) 값과 모듈의 출력값을 데이터화하여 QE와 출력값에 따른 노후모듈 등급판정기준 선정하는 등급 판정 장치를 포함한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면의 태양광 모듈의 등급 판단 장치는 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 2개 이상 구비하는 태양광 발전장치; 및 상기 태양광 발전장치의 필름류인 백시트 또는 EVA의 체적저항(Volume Resistivity)을 비파괴형태로 측정할 수 있을 경우 체적저항과 모듈출력의 상관관계 분석으로 등급판정기준 선정하며, 비파괴 체적저항 측정이 불가할 경우 캐패시턴스를 측정하여 필름류의 노화정도와 출력의 상관관계 분석으로 등급판정 기준을 선정하는 등급 판정 장치를 포함한다.
본 발명에 의하면, 태양광 모듈 각각의 열화도를 판단하므로 태양광 모듈별 적절한 유지/보수 및 태양광 발전 의 출력성능과 수명을 증가시켜 효율을 최적화 시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 열화도 진단 시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 도 1에 따른 태양광 모듈의 열화도 진단 시스템에서의 열화도 판단 장치를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 열화도 판단 방법을 나타낸 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 열화도 진단 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 열화도 진단 시스템에서의 태양광 발전장치는 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양광 모듈(10)과, 복수 개의 태양광 모듈(10)이 직렬로 연결된 복수 개의 스트링(12)을 포함한다. 그리고 복수 개의 스트링(12)의 전압 및 전류를 측정하는 스트링 전압/전류 측정센서와, 복수 개의 스트링(12)으로부터 출력되는 발전전력을 송전하는 인버터(16)와, 태양광 모듈(10) 및 태양광 모듈(10)을 포함하는 스트링(120)으로부터 측정된 결과에 기초하여 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 진단서버(100)를 포함한다. 여기서 태양광 모듈의 열화도 판단 시스템은 인버터(16)의 전단에 복수 개의 스트링(12)으로부터 출력된 직류를 모으는 접속반(14)과, 인버터(16)로부터 한전 등으로 송전되는 발전전력이 효율적으로 송전되도록 하는 메인 그리드와의 접속부(18)를 포함할 수 있으며, 진단서버(100)와 태양광 모듈 전압 측정 센서(120) 및 스트링 전압/전류 측정센서(110)는 유무선 통신 연결(112)을 통해 연결된다.
태양광 모듈(10)은 발전된 전기를 외부로 송출하는 최소단위이며, 복수 개의 태양광 모듈(10)들이 직렬로 연결됨으로 스트링(120)을 이루며, 이 스트링(12)이 2개 이상 모여 어레이(도시되지 않음)를 이룬다. 대규모 태양광 발전의 경우 적게는 수십 개 많게는 수백 개 이상의 어레이로 설치되어 운영된다. 태양광 모듈(10)의 각각에는 태양광 모듈의 전압을 측정하는 태양광 모듈 전압 측정센서(120)가 구비된다.
진단 서버(100)는 태양광 모듈 전압 측정센서(120)를 실시간으로 작동시켜 이때 측정된 전압을 태양광 모듈(10)별로 일평균 전압을 산정하고 저장한다. 그리고 각 스트링(12)의 출력 전압 및 출력 전류값을 스트링 전압/전류 측정센서(110)를 작동시켜 측정되도록 제어하고, 어느 한 스트링(12)이 다른 스트링(12)에 비하여 편차가 있는지를 계산한다. 이때 어느 한 스트링(12)이 다른 스트링(12)에 비하여 편차가 있으면, 해당 스트링(12)의 각각의 태양광 모듈(10)에 대하여 저장된 일평균 전압에 대한 정보를 이용하여 각각의 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 산정하고, 산정된 각 각 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 기준 변동율과 대비하여 해당 태양광 모듈의 열화도를 판단한다.
한편 진단 서버(100)는 태양광 발전장치의 특정 파장대에서의 양자효율 (quantum efficiency, QE) 값과 모듈의 출력값을 데이터화하여 QE와 출력값에 따른 노후모듈 등급판정기준 선정하는 등급 판정 기능을 수행하는 등급 판단 장치일 수도 있다.
그리고 태양광 발전장치의 필름류인 백시트 또는 EVA의 체적저항(Volume Resistivity)을 비파괴형태로 측정할 수 있을 경우 체적저항과 모듈출력의 상관관계 분석으로 등급판정기준 선정하며, 비파괴 체적저항 측정이 불가할 경우 캐패시턴스를 측정하여 필름류의 노화정도와 출력의 상관관계 분석으로 등급판정 기준을 선정하는 등급 판정 장치일 수도 있다.
도 2는 도 1에 따른 태양광 모듈의 열화도 판단 어플리케이션이 탑재된 컴퓨터 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 태양광 모듈 열화도 판단 장치(100)는 프로세서(101), 프로그램과 데이터를 저장하는 비휘발성 저장부(102), 실행 중인 프로그램들을 저장하는 휘발성 메모리(103), 다른 기기와 통신을 수행하기 위한 통신부(104), 이들 장치 사이의 내부 통신 통로인 버스 등으로 이루어져 있다. 실행 중인 프로그램으로는, 장치 드라이버, 운영체계(Operating System), 및 다양한 어플리케이션이 있을 수 있으며, 본 발명에서는 열화도 판단 어플리케이션(107)이 컴퓨터 장치에서 실행되어 동작된다. 그리고 도시되지는 않았지만, 컴퓨터 장치는 배터리와 같은 전력제공부를 포함한다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 모듈의 열화도 판단 방법을 도시한 순서도이다.
도시된 바와 같이 각 태양광 모듈의 전압을 측정한다(S100). 이때 각 태양광모듈의 전압은 실시간으로 측정된다.
이후, 단계 S100에서 측정된 결과에 기초하여 각 태양광 모듈의 일평균 전압을 산정하고 저장한다(S110).
그리고 각 스트링의 출력 전압 및 출력 전력을 측정(S120)한다.
이어서 단계 S120의 측정 결과, 어느 한 스트링이 다른 스트링에 비하여 편차가 있는지 확인(S130)하고, 편차가 있는 경우, 해당 스트링의 각각의 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 산정한다(S140).
마지막으로 단계 S140에서 산정된 각 태양광 모듈이 일평균 전압 변동율을 기준 변동율과 대비하여 해당 태양광 모듈의 열화도를 판단한다(S150).
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 태양광 모듈
12: 스트링
14: 접속반
16: 인버터
18: 메인 그리드와의 접속부
100: 진단 서버
101: 프로세서
102: 저장부
103: 메모리
104: 통신부
107: 열화도 판단 어플리케이션
110: 스트링 전압/전류 측정센서
112: 유무선 통신연결
120: 태양광 모듈 전압 측정센서

Claims (6)

  1. 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 2개 이상 구비하는 태양광 발전장치에서 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 방법으로서,
    (a) 각 태양광 모듈의 전압을 측정하는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)에서의 측정 결과에 기초하여, 각 태양광 모듈의 일평균 전압을 산정하고 저장하는 단계;
    (c) 각 스트링의 출력 전압 및 출력 전력을 측정하는 단계;
    (d) 상기 단계 (c)에서의 측정 결과, 어느 한 스트링이 다른 스트링에 비하여 편차가 있다고 판단되는 경우, 해당 스트링의 각각의 태양광 모듈에 대하여 상기 단계 (b)에서 저장된 일평균 전압에 대한 정보를 이용하여 각각의 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 산정하는 단계; 및
    (e) 상기 단계 (d)에서 산정된 각 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 기준 변동율과 대비하여 해당 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 단계
    를 포함하는 태양광 모듈의 열화도 판단 방법.
  2. 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 2개 이상 구비하는 태양광 발전장치에서 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 장치로서,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    컴퓨터로 실행가능한 명령을 저장하는 적어도 하나의 메로리를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 메모리에 저장된 상기 컴퓨터로 실행가능한 명령은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의하여.
    (a) 각 태양광 모듈의 전압을 측정하는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)에서의 측정 결과에 기초하여, 각 태양광 모듈의 일평균 전압을 산정하고 저장하는 단계;
    (c) 각 스트링의 출력 전압 및 출력 전력을 측정하는 단계;
    (d) 상기 단계 (c)에서의 측정 결과, 어느 한 스트링이 다른 스트링에 비하여 편차가 있다고 판단되는 경우, 해당 스트링의 각각의 태양광 모듈에 대하여 상기 단계 (b)에서 저장된 일평균 전압에 대한 정보를 이용하여 각각의 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 산정하는 단계;
    (e) 상기 단계 (d)에서 산정된 각 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 기준 변동율과 대비하여 해당 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 단계
    가 실행되도록 하는 태양광 모듈 열화도 판단 장치.
  3. 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 2개 이상 구비하는 태양광 발전장치에서 태양광 모듈의 열화도를 판단하기 위한 컴퓨터 프로그램으로서,
    비일시적 저장 매체에 저장되며, 프로세서에 의하여
    (a) 각 태양광 모듈의 전압을 측정하는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)에서의 측정 결과에 기초하여, 각 태양광 모듈의 일평균 전압을 산정하고 저장하는 단계;
    (c) 각 스트링의 출력 전압 및 출력 전력을 측정하는 단계;
    (d) 상기 단계 (c)에서의 측정 결과, 어느 한 스트링이 다른 스트링에 비하여 편차가 있다고 판단되는 경우, 해당 스트링의 각각의 태양광 모듈에 대하여 상기 단계 (b)에서 저장된 일평균 전압에 대한 정보를 이용하여 각각의 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 산정하는 단계;
    (e) 상기 단계 (d)에서 산정된 각 태양광 모듈의 일평균 전압 변동율을 기준 변동율과 대비하여 해당 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 단계
    가 실행되도록 하는 명령을 포함하는 태양광 모듈의 열화도를 판단하기 위한 컴퓨터 프로그램.
  4. 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 2개 이상 구비하는 태양광 발전장치;
    상기 태양광 모듈 각각에 구비되어 태양광 모듈의 전압을 측정하는 태양광 모듈 전압 측정 센서;
    상기 스트링의 출력 전압 및 출력 전류를 측정하는 스트링 전압/전류 측정 센서;
    상기 태양광 모듈 전압 측정 센서 및 상기 스트링 전압/전류 측정 센서의 측정값을 기초로 하여 태양광 모듈의 열화도를 판단하는 진단장치
    를 포함하는 태양광 모듈의 열화도 진단 시스템.
  5. 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 2개 이상 구비하는 태양광 발전장치;
    상기 태양광 발전 장치의 특정 파장대에서의 양자효율 (quantum efficiency, QE) 값과 모듈의 출력값을 데이터화하여 QE와 출력값에 따른 노후모듈 등급판정기준 선정하는 등급 판정 장치
    를 포함하는 태양광 모듈의 등급 판단 장치.
  6. 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결된 스트링을 2개 이상 구비하는 태양광 발전장치; 및
    상기 태양광 발전장치의 필름류인 백시트 또는 EVA의 체적저항(Volume Resistivity)을 비파괴형태로 측정할 수 있을 경우 체적저항과 모듈출력의 상관관계 분석으로 등급판정기준 선정하며, 비파괴 체적저항 측정이 불가할 경우 캐패시턴스를 측정하여 필름류의 노화정도와 출력의 상관관계 분석으로 등급판정 기준을 선정하는 등급 판정 장치
    를 포함하는 태양광 모듈의 등급 판단 장치.



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