KR20210137872A - 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템 - Google Patents

태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 모듈의 발전전류를 태양광 모듈별로 관리하면서 이상 유무를 판단하여 교체여부를 판단할수 있도록 하며, 변압기를 통해 부하에 요구되는 적정 발전전류를 공급할 수 있도록 구성된 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.

Description

태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템{The solar energy generation system using generation current of the unit module}
본 발명은 태양광 모듈의 발전전류를 태양광 모듈단위 또는 다수개의 모듈을 하나의 단위체로 하는 스트링별로 관리하면서 이상 유무를 판단하여 교체여부의 판단 및 감시하도록 구성된 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전 시스템은 각각의 태양광 모듈에서 발전되는 직류전류를 복수로 직렬로 연결하여 합계하여 목표전력을 얻는 방식이다.
도 1은 일반적인 태양광 발전 시스템에 대해서 설명한 도면이다.
도시된 바를 참조하면, 복수의 태양광 발전 모듈을 이용하여 각각의 모듈에서 생성된 전류를 합산하고, 합산된 전류를 인버터를 통하여 DC에서 AC로 변환하고 이를 승압변압기를 통해 승압시켜 발전소 전력망에 계통연계를 통해 전력을 전송하게 된다.
재생에너지의 한 분야인 태양광 에너지는 다른 에너지원에 비해 무한 영구적이며 연료자체 및 연료의 수송과 저장에 비용이 들지 않으며 기계적인 회전기나 고온·고압부분이 필요 없어 잡음이나 폭발의 위험도 존재하지 않는다.
또한, 확산광으로도 발전이 가능하여 어떠한 날씨조건에서도 발전이 가능하므로 설치 장소의 제약을 크게 받지않으며 최근 태양전지의 주재료인 폴리실리콘 생산의 증가로 인해 셀의 단가가 저렴하고 발전설비의 구성이 비교적 간단하여 투자 대비 발전효율이 우수한 태양광 에너지를 이용한 태양광 발전이 각광을 받고 있는 실정이다.
하지만, 장기적으로 외부 환경에 노출된 태양광 모듈은 갱년 변화, 음영, 분진에 의한 오염, 크랙, 그림자, 자체불량 등 다양한 내외부 환경적 요인에 불량과 고장이 발생한다.
태양광모듈에서 발생되는 전력은 항상 일정한 전류값을 유지하여야하며, 특히 태양광모듈별로 발생하는 전류에 차이가 발생하게 되면, 발전용량 감소뿐 아니라 태양광모듈별간이 전압차로 인해 순환전류가 흐르는 문제점이 있다.
비교적 고장 발생의 감지가 용이한 인버터, 접속반 등 다른 기본 태양광 구성 설비에 비해 가장 중요한 구성품인 태양광모듈의 불량 상태를 감지하지 못하여 장기적으로 불량 상태로 방치하게 되는 사례가 많으며 그로 인해 전체 발전량의 손실을 가져오게 되는 문제점과, 비록 불량 상태는 감지를 한다고 하여도 이를 능동적으로 보상하는 적절한 방법이 없는 실정이다.
또한, 수많은 태양광모듈의 불량이나 고장유무를 감지하는 것이 곤란하여 신속하게 태양광모듈의 보수 또는 교체가 쉽지 않은 실정이다.
특허문헌 1: 한국등록특허공보 제10-1245827호(2013.03.20. 공고) 특허문헌 2: 한국특허공개공보 제10-2016-0093143호(2016.08.08. 공개) 특허문헌 3: 한국특허등록공보 제10-2104000호(2020.04.24. 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 복수의 태양광 발전 모듈을 이용하여, 각각의 모듈별 또는 다수개의 모듈을 하나의 단위체로 하는 스트링별로 생성된 발전전류를 합산하고, 합산된 발전전류를 인버터를 통하여 교류로 변경한 최종전류크기가 설정치보다 낮은 경우에 보조전류가 인입되도록 절체하면서 적절한 출력전류가 발전소 전력계통망으로 인입되도록 구성된 태양광 발전 시스템을 제시하는 것을 목적으로 한다.
또한, 각각의 태양광 모듈에서 생성된 전류의 크기를 개별적으로 파악하면서 태양광모듈의 개별 이상유무를 구역별 그룹화 방식을 이용하여 모니터링하면서, 이를 토대로 태양광모듈의 교체유무판단 및 알람서비스를 제공하도록 구성된 태양광 발전 시스템을 제시하는 것을 목적으로 한다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 태양광 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템에 있어서, 각각 직렬로 연결되며, 각각 발전전류를 생성하는 개별 태양광모듈; 상기 직렬로 연결되는 개별 태양광모듈들의 합산된 발전전류가 인가되는 접속반; 상기 접속반과 직렬로 연결되면서, 개별 태양광모듈들의 합산된 발전전류가 인가되는 인버터; 상기 개별 태양광모듈에서 발전된 전류신호와 인버터에서 출력되는 전류신호가 각각 입력되는 멀티플렉스; 및 상기 멀티플렉스에서 출력되는 정보를 지속적으로 수신하여, 개별 태양광모듈의 발전전류의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 알람신호를 출력하며, 인버터의 출력전류의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하며, 상기 개별 태양광모듈과 인버터에는 각각 전류센서부가 장착구성되며, 상기 전류센서부로부터 개별 태양광모듈과 인버터의 전류신호가 각각 상기 멀티플렉스로 통신연결되어 입력되도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템을 제시한다.
상기 접속반에 구성되며, 상기 인버터로 연결되는 전선라인에 절체스위치가 구성된 절체부; 및 상기 절체부의 절체스위치로 연결되며, 보조전류를 공급하는 ESS;를 더 포함하며, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 절체스위치가 on/off되면서 상기 인버터로 인가되는 발전전류와 상기 ESS에서 인가되는 보조전류가 절체되도록 구성된다.
상기 제어부에는, 상기 멀티플렉스로부터 수신되는 신호에 포함된 각각의 태양광모듈의 구역기반 개별코드를 추출하는 센서부스모듈; 상기 센서부스모듈을 통해 순차적으로 입력되는 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기; 상기 A/D변환기를 통해 디지털 변환된 디지털신호를 분석하여 각각의 태양광모듈의 발전전류를 분석하는 분석가공모듈; 상기 분석가공모듈에서 생성된 알람신호 또는 제어신호를 외부로 출력하는 출력부; 상기 분석가공모듈에서 지속적으로 생성되는 태양광모듈별 발전전류를 데이터베이스화하여 저장하는 저장부; 및 상기 분석가공모듈에서 태양광모듈별 발전전류를 실시간으로 디스플레이하는 전면표시부;를 포함하여 구성된다.
상기 분석가공모듈에는, 상기 센서부스모듈에서 추출된 구역별 개별코드를 통해 다수의 태양광모듈을 그룹핑하는 그룹생성부; 상기 디지털 변환된 신호를 분석하여 각각의 태양광모듈에서 생성된 발전전류를 검출하는 발전전류 검출부; 상기 그룹생성부와 발전전류 검출부와 연동하면서, 상기 그룹생성부에서 그룹화된 태양광모듈중에 어느 하나의 태양광모듈이라도 발전전류가 설정값에 도달하지 못하는 경우, 해당 태양광모듈이 포함된 그룹의 모든 태양광모듈의 합산 발전전류를 표시하면서 알람신호를 생성하는 알람신호 발생부; 및 상기 알람신호 발생부에서 알람 발생에 기준이 되는 전류의 설정값이 설정되는 메모리부;를 포함하여 구성된다.
상기 분석가공모듈에는, 상기 발전전류 검출부와 알람신호 생성부와 연동되며, 상기 발전전류 검출부에서 발전전류가 설정값에 도달하지 못하는 태양광모듈이 발생되는 경우에, 해당 태양광모듈이 속하는 그룹에 배치된 주변 태양광모듈의 발전전류를 체크하는 주변전류 체크부;를 더 포함하여 구성된다.
상기 주변전류 체크부에서 체크된 태양광모듈들의 발전전류가 모두 설정값에 도달된 경우에, 상기 알람신호 생성부에서 상기 출력부로 출력되는 알람신호에는 발전전류가 설정값에 도달하지 못하는 해당 태양광모듈에 대한 교체메시지가 더 포함된다.
또한, 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 태양광 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템에 있어서, 각각 발전전류를 생성하며 각각 전류센서부가 장착구성된 개별 태양광모듈이 일정개수로 직렬연결되어 합산전류를 생성하여 인버터로 흐르도록 구성된 스트링; 상기 스트링이 복수로 병렬연결되어 내장되는 어레이; 상기 스트링 단위로 합산전류를 측정하도록 스트링별로 장착되는 전류센서부; 및 상기 전류센서부로부터 출력되는 스트링별 전류정보를 지속적으로 수신하여 개별 스트링별로 전류값의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 알람신호를 관리자단말기나 중앙감시반으로 출력하는 제어부;가 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템을 제시한다.
상기 개별 스트링별 발전전류가 인버터로 인가되는 전선라인 상에 장착되며, 상기 제어부에서 개별 스트링별로 전류값의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 발생하는 제어신호에 따라 on/off되는 절체스위치가 구성된 절체부; 및 상기 절체부가 구동되는 경우에 상기 절체부의 절체스위치를 통해 보조전류를 인가하여 인버터로 인입되도록 구성되는 ESS;를 포함하여 구성된다.
상기 ESS는 상기 개별 스트링별 발전전류가 인버터로 인가되는 전선라인 상에서 보조전류를 충전하도록 구성된다.
또한, 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 태양광 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템에 있어서, 각각 직렬로 연결되며, 각각 발전전류를 생성하며 각각 전류센서부가 장착구성된 개별 태양광모듈; 상기 직렬로 연결되는 개별 태양광모듈들의 각각의 발전전류가 인가되는 인버터; 상기 전류센서부로부터 출력되는 개별 태양광모듈의 전류정보를 지속적으로 수신하여, 개별 태양광모듈의 발전전류의 크기를 파악하여 고장시에 제어신호를 출력하는 제어부; 및 개별 태양광모듈의 발전전류가 인버터로 인가되는 전선라인 상에 구성되는 병렬스위치; 상기 제어부의 제어신호에 따라 구동되면서 보유된 보조전류가 상기 병렬스위치를 통해 인버터로 인가되도록 보조스위치가 다수로 구성된 ESS;가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템을 제시한다.
상기 ESS의 보조전류는 다수의 직렬연결된 배터리에서 공급되며, 한개의 배터리는 상기 개별 태양광모듈에서 예상발전되는 발전전류의 크기와 동일하도록 구성되며, 상기 제어부는 고장이 발생된 태양광모듈의 개수만큼 상기 보조스위치로 제어신호를 발송하도록 함으로서, 고장이 발생한 태양광모듈들의 예상발전되는 발전전류만큼 동일한 보조전류가 상기 ESS에서 인버터로 인가되도록 구성된다.
본 발명인 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템을 통해 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.
첫번째로, 본 발명은 각각의 태양광 모듈에서 생성된 발전전류와 인버터에서 출력되는 출력전류에 대한 전압신호를 멀티플렉스를 통해 제어부에 지속적으로 입력되도록 하면서, 인버터에서 출력되는 출력전류가 설정치에 도달하지 못하는 경우에는, 제어부의 제어신호를 통해 ESS에 예비된 보조전류로 절체되어 공급하도록 함으로써 일정한 출력전류가 발전소 설비로 인가할 수 있는 효과가 있다.
두번째로, 본 발명은 개별 태양광모듈의 발전전류 신호가 각각 멀티플렉스를 통해 제어부에 지속적으로 입력되고, 제어부는 개별 태양광모듈의 발전전류가 설정값에 도달하지 못하는 경우에, 해당 태양광모듈이 속하는 그룹의 전체전류를 알람신호로 관리자 단말기에 송신하도록 함으로써, 해당 태양광모듈로 인해 전체 출력전류가 문제가 되는지에 대한 상태를 관리자는 파악할 수 있는 효과가 있다.
세번째로, 본 발명은 개별 태양광모듈의 발전전류 신호가 각각 멀티플렉스를 통해 제어부에 지속적으로 입력되고, 제어부는 각각의 태양광모듈을 구역별로 그룹화를 통해 개별 태양광모듈 자체의 결함유무를 파악하면서 알람신호에 태양광모듈교체여부를 관리자단말기에 송신하도록 함으로써 관리자는 해당 태양광모듈의 자체결함의 유무를 파악함과 동시에 태양광모듈의 교체시기를 파악할 수 있는 효과가 있다.
네번째로, 본 발명은 태양광 모듈을 일정단위수별로 스트링으로 구성하면서, 스트링 단위로 발전전류를 파악하여, 발전전류가 스트링별로 설정치에 도달하지 못하는 경우에 제어부를 통해 알람신호를 관리자단말기 등에 발생하도록 함으로써, 문제가 발생시에 긴급 대처를 할 수 있게 된다.
다섯번째로, 본 발명은 각각의 태양광 모듈에서 생성된 발전전류에 대한 전류신호를 제어부에 지속적으로 입력되도록 하면서, 태양광모듈에 고장이나 이상이 발생되는 경우에는, 부족한 발전전류만큼의 전류를 제어부의 제어신호를 통해 ESS에 예비된 보조전류로 대체되어 공급하도록 함으로써 일정한 출력전류를 발전소 설비로 인가할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 태양광 발전 시스템에 대해서 설명한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 제어부의 내부구성도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 절체부에 대한 내부 스위치 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 분석가공모듈의 내부구성도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 의한 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템의 구성도이다.
이하 본 발명인 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템의 구성도이다.
도시된 바를 참조하면, 본 발명은 복수의 태양광 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
복수의 태양광모듈(100)간은 각각 직렬로 연결되며, 각각의 태양광모듈(100)은 발전전류를 생성하게 된다.
상기 직렬로 연결되는 개별 태양광모듈(100)들의 합산된 발전전류는 접속반(900)으로 인가된다.
또한, 상기 접속반(900)과 직렬로 연결되면서, 개별 태양광모듈들의 합산된 발전전류가 인가되는 인버터(200)가 구성된다.
상기 접속반(900)에는 퓨즈(920)와 차단기(930)와 같은 안전장치가 구성된다.
상기 인버터(200)는 생성된 직류전류를 교류전류로 바꿔서 전력계통으로 보내는 역할을 하는 장치이다.
상기 개별 태양광모듈(100)과 인버터(200)에는 각각 전류센서부(300)가 장착구성되며, 상기 전류센서부(300)로부터 개별 태양광모듈(100)과 인버터(200)의 전류정보가 각각 멀티플렉스(400)로 유무선 방식으로 통신연결되어 입력되도록 구성된다.
상기 전류센서부(300)는 전류센서와 신호변환부(컨버터)를 포함하는 구성을 의미한다.
상기 멀티플렉스(400)는 유무선 통신방식으로 상기 전류센서부(300)와 통신연결될 수 있으며, 상기 전류센서부(300)를 통해 상기 개별 태양광모듈(100)의 발전 전류신호와 인버터(200)에서 출력되는 전류신호가 각각 멀티플렉스(400)로 입력된다.
또한, 본 발명에는 상기 멀티플렉스(400)에서 출력되는 정보를 지속적으로 수신하는 제어부(500)가 구성된다.
상기 제어부(500)는 개별 태양광모듈(100)의 발전전류의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 알람신호를 출력하며, 인버터(200)의 출력전류의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 제어신호를 출력하게 된다.
또한, 본 발명에는 상기 접속반(900)에 구성되며, 상기 인버터(200)로 연결되는 전선라인에 절체스위치가 구성된 절체부(940)가 구성된다.
상기 절체부(940)에는 절체스위치와 절체용 릴레이와 신호변환을 위한 신호컨버터 등이 포함되어 구성될 수 있다.
또한, 상기 절체부(940)의 절체스위치로 연결되며, 보조전류를 공급하는 ESS(800, 에너지저장장치)가 더 구성된다.
ESS(800)는 별도전원을 이용하거나 배터리식 또는 충전식 등으로 다양하게 구성될 수 있다.
상기 제어부(500)의 제어신호에 따라 상기 절체스위치가 on/off되면서 상기 인버터(200)로 인가되는 발전전류를 절체하여 상기 ESS(800)에서 인가되는 보조전류가 인버터(200)로 인가되도록 구성된다.
이에 대한 자세한 작동상태는 이하 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 제어부의 내부구성도이다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 절체부에 대한 내부 스위치 구성도이다. 도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 분석가공모듈의 내부구성도이다.
도시된 바를 참조하면, 인버터(200) 내부에 장착되는 전류센서부를 통해 출력되는 전류신호는 상기 멀티플렉스(400)를 거쳐 제어부(500)로 입력된다.
상기 제어부(500)는 상기 멀티플렉스(400)에서 출력되는 정보를 지속적으로 수신하여, 인버터(200)의 출력전류의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 제어신호를 출력하게 된다.
인버터(200)에서 출력되는 전류는 전체 태양광모듈(100)에서 발전된 합산전류로서 합산된 전류는 변압기를 통해 발전소 발전계통으로 인가된다.
그러나, 합산된 전류의 크기가 원하는 설정값에 못미치는 전류인 경우에는 상기 ESS(800)에서 보조전류가 절체부(940)로 인가되도록 구성된다.
도 4를 참조하면, 이를 위해, 상기 절체부(940)에는 절체스위치가 구성되는데, 상기 절체스위치는 상기 제어부(500)의 제어신호에 따라 on/off되면서 상기 인버터(200)로 인가되는 발전전류를 절체하여 상기 ESS(800)에서 인가되는 보조전류가 인버터(200)로 인가되도록 구성하여 일정한 출력전류가 발전계통으로 인가되도록 한다.
즉, 본 발명은 인버터(200)에서 출력되는 출력전류에 대한 전류신호를 멀티플렉스(400)를 통해 제어부(500)에 지속적으로 입력되도록 하면서, 제어부(500)에서 판단하여 인버터(200)에서 출력되는 출력전류의 크기가 설정치에 도달하지 못하는 경우에는, 제어부(500)는 절체부(940)로 제어신호를 발생시켜 절체스위치가 스위칭되면서 ESS(800)에 예비된 보조전류로 절체되어 발전계통으로 공급하도록 함으로써 일정한 출력전류를 발전소 설비로 인가할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 제어부(500)에는 개별 태양광모듈(100)의 발전전류에 관한 신호가 상기 멀티플렉스(400)로 입력되고. 멀티플렉스(400)의 출력을 통해 수신되는 신호에 포함된 각각의 태양광모듈(100)의 구역기반 개별코드를 추출하는 센서부스모듈(510)가 구성된다.
상기 멀티플렉스(400)의 출력을 통해 수신되는 신호는 랜덤하게 출력이 되기 때문에 어느 태양광모듈(100)로부터 발전된 발전전류인지를 파악하기 위해서 센서부스모듈(510)은 개별코드를 추출하고, 이를 그룹화하게 된다.
복수의 태양광모듈(100)의 경우, 각각 구역을 달리하면서 여러구역에 분포된다. 각각의 태양광모듈(100)에는 구역별로 각각 개별코드가 부가된다.
이를 테면, 개별코드가 1~10번까지는 A구역에 설치되고, 개별코드가 11~20번은 B구역에 설치되며, 21~30번까지는 C구역에 설치되는 방식으로 구역에 따라 개별코드가 부여된다.
각각의 태양광모듈(100)에는 각각 전류센서부(300)가 장착구성되는데, 전류센서부(300)를 통해 상기 멀티플렉스(400)로 송신되는 신호에는 상기 개별코드와 함께 전류신호가 실려서 전송되도록 구성된다.
전류센서부(300)에 개별코드에 대한 ID를 실어서 송신하는 방식은 일반적인 딥스위치방식이나 마이콤 방식 등 다양한 방식으로 가능할 것이며 이는 당업자 입장에서 얼마든지 변형가능한것이며 이에 대한 한정은 두지 않는다.
또한, 상기 태양광모듈(100)이 보유하는 개별코드는 설치시부터 ASCII (American Standard Code for Information Interchange)코드로 주소가 매김되어 있으며, 설정된 주소는 변경되지 않도록 구성할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 상기 멀티플렉스(400)을 통해 전송되는 각각의 태양광모듈(100)의 전류신호가 상기 제어부(500)로 순차적으로 입력되며, 입력되는 전류신호에 포함된 각각의 태양광모듈(100)의 개별코드를 센서부스모듈(510)이 추출하게 된다.
즉, 다수의 태양광모듈(100)에서 각각 전류센서부(300)를 통해 멀티플렉스(400)를 거쳐 제어부(500)의 센서부스모듈(510)로 전류신호가 입력되면, 상기 센서부스모듈(510)은 각각의 태양광모듈(100)에 보유된 개별코드를 추출하게 된다.
본 발명의 제어부(500)에는 상기 멀티플렉스(400)을 통해 입력되는 전류신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기(520)와 디지털 변환된 디지털신호를 분석하여 각각의 태양광모듈(100)에서 발전된 발전전류를 분석하는 분석가공모듈(530)이 구성된다.
상기 분석가공모듈(530)은 제어부(500)에서 CPU와 같은 중앙처리장치로서 핵심적인 제어 기능을 담당하게 되며, 각각의 태양광모듈(100)에서 발전된 전류, 전압데이터를 분석하게 된다. 이에 개별 태양광모듈(100)의 발전전류의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 알람신호를 관리자단말기로 출력하게 된다.
또한, 상기 분석가공모듈(530)에서 인버터(200)의 출력전류의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 제어신호를 상기 절체부(940)로 출력하게 된다.
이에 상기 분석가공모듈(530)을 통해 발생되는 상기 제어신호 또는 알람신호를 송신하기 위한 RS485 통신포터를 갖는 출력부(590) 또는 무선통신모듈을 갖는 통신부(570)가 구성된다.
따라서, 분석가공모듈(530)을 통해 발생된 제어신호는 Y1-출력부(590) 또는 통신부(570)를 통해 절체부(940)로 전송된다.
또한, 제어부(500)에는 상기 분석가공모듈(530)에서 생성되는 태양광모듈(100)별 발전전류를 데이터베이스화하여 저장하는 저장부(540)가 구성되며, 제어부(500)의 가동에 필요한 전원을 공급하는 전원부(560)가 구성된다.
또한, 제어부(500)에는 상기 분석가공모듈(530)에서 검출된 전류정보를 수신하여 각각의 태양광모듈(100)별 발전전류를 실시간 지속적으로 디스플레이하는 전면표시부(550)를 포함한다.
상기 전면표시부(550)에는 각각의 태양광모듈(100)이 배치된 구역에 관한 정보를 담는 개별코드와 각각의 태양광모듈(100)의 발전전류가 LCD창에 표시한다.
또한, 상기 전면표시부(550)에는 태양광모듈(100)이 오류나 나거나 접속불량이 생기면 이를 표시하도록 센서에러표시부가 구성된다.
이하 본 발명의 제어부(300a)에 구성된 분석가공모듈(530)에 대해 자세히 설명한다.
도 5를 참조하면, 앞서 기술한 바와 같이, 분석가공모듈(530)에는 상기 A/D변환기(520)을 통해 디지털신호를 분석하여 각각의 태양광모듈(100)의 발전전류를 검출하는 발전전류 검출부(530a)가 구성된다.
상기 발전전류 검출부(530a)에서 각각의 태양광모듈(100)의 발전전류를 검출하게 되면, 이러한 데이터는 실시간으로 CSV로 파일 변환하여 엑셀 파일로 전환하여 저장부(540)에 저장된다.
또한, 분석가공모듈(530)에는 상기 센서부스모듈(510)에서 추출된 다수의 태양광모듈(100)의 개별코드를 그룹핑하는 그룹생성부(530b)가 구성된다.
보다 자세하게는, 상기 센서부스모듈(510)에서 추출된 다수의 태양광모듈(100)의 개별코드를 통해 구역별로 그룹핑하는 그룹생성부(530b)가 구성된다.
디시말해, 상기 그룹생성부(530b)는 센서부스모듈(510)에서 추출된 구역별 개별코드를 통해 다수의 태양광모듈(100)을 구역별로 그룹핑하게 된다.
본 발명의 분석가공모듈(530)에는 상기 그룹생성부(530b)에서 그룹화된 태양광모듈(100)중에서 발전전류 검출부(530a)에서 검출된 발전전류가 어느 하나라도 설정값에 도달하지 못하는 경우, 해당 태양광모듈이 포함된 그룹의 모든 태양광모듈의 합산 발전전류를 표시하면서 알람신호를 생성하는 알람신호 발생부(530c)가 구성된다.
보다 자세하게는, 분석가공모듈(530)의 알람신호 발생부(530c)을 통해 발생된 알람신호는 Y2-출력부(590) 또는 통신부(570)를 통해 관리자단말기로 전송된다.
즉, 분석가공모듈(530)은 알람신호 발생부(530c)를 통해 관리자 단말기로 Y2-출력부(590) 또는 통신부(570)를 통해 전송되는 알람신호를 발생하게 되는데, 상기 알람신호는 그룹화된 태양광모듈(100)중에 설정값에 도달하지 못하는 전류를 발전시킨 태양광모듈(100)이 존재한다는 메시지와 해당 태양광모듈(100)이 포함된 그룹의 전체 합산전류에 관한 메시지를 함께 전송함으로써, 관리자는 특정구역에서 특정 태양광모듈(100)의 발전전류가 낮고 현재 해당그룹이 속하는 구역에서 어느정도의 합산전류가 발전되는지를 파악하게 되는것이다.
이에, 분석가공모듈(530)에는 상기 알람신호 발생부(530c)에서 알람 발생에 기준이 되는 전류의 설정값이 설정되는 메모리부(530d)가 구성되며, 이는 제어입력부(580)를 통해 입력되도록 구성된다.
또한, 상기 분석가공모듈(530)에는 주변전류 체크부(530e)가 구성되는데, 주변전류 체크부(530e)는 상기 발전전류 검출부(530a)와 알람신호 생성부(530c)와 연동되며, 상기 발전전류 검출부(530a)에서 발전전류가 설정값에 도달하지 못하는 태양광모듈(100)이 발생되는 경우에, 해당 태양광모듈(100)이 속하는 그룹에 배치된 주변의 태양광모듈의 발전전류를 체크하는 역할을 하게 된다.
이를 테면, 발전전류 검출부(530a)에서 발전전류가 설정값에 도달하지 못하는 태양광모듈(100)의 개별코드가 3번이고, 개별코드가 1~10번까지는 A구역인 경우에 개별코드 2번과 4번을 갖는 태양광모듈의 발전전류의 크기를 체크하게 된다.
상기 주변전류 체크부(530e)에서 체크된 태양광모듈(100)들의 발전전류가 모두 설정값에 도달된 경우에, 상기 알람신호 생성부(530a)에서 상기 출력부(590)로 출력되는 알람신호에는 발전전류가 설정값에 도달하지 못하는 해당 태양광모듈에 대한 교체메시지가 더 포함된다.
다시말해, 같은 구역의 태양광모듈(100)들에 있어서, 발전전류가 설정값에 도달하지 못하는 태양광모듈이 있는 경우에, 그룹내 해당 태양광모듈 주변에 태양광모듈(100)들이 설정값에 도달하는 발전전류를 생성했다면, 이는 그룹에 속하는 구역이 태양광이 약하거나 기타 원인으로 인한 문제가 아니라 해당 태양광모듈(100) 자체에 결함이 있어 교체가 필요하다고 판단하는 것이다.
즉, 해당 태양광모듈에 이상이 있다고 판단하면서 이에 대한 교체메시지를 생성하여 출력하도록 함으로써, 운용자는 태양광모듈의 이상유무를 정확하게 진단하여 교체시기를 파악할 수 있게 된다.
상기 분석가공모듈(530)의 알람신호 발생부(530c)을 통해 발생된 알람신호는 발전전류가 설정값에 도달하지 못하는 해당 태양광모듈에 대한 교체메시지를 포함하여 Y2-출력부(590) 또는 통신부(570)를 통해 관리자단말기로 전송된다.
이를 통해, 본 발명은 전류센서부(300)를 통해 개별 태양광모듈(100)의 발전전류 신호가 각각 멀티플렉스(400)를 통해 제어부(500)에 지속적으로 입력되고, 제어부(500)는 각각의 태양광모듈을 구역별로 그룹화를 통해 개별 태양광모듈 자체의 결함유무를 파악하면서 알람신호에 태양광모듈 교체여부를 관리자단말기에 송신하도록 함으로써 관리자는 해당 태양광모듈의 자체결함의 유무를 파악함과 동시에 태양광모듈의 교체시기를 파악할 수 있는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템의 구성도이다.
도시된 바를 참조하면, 복수의 태양광모듈(100)은 스트링 단위로 직렬로 연결되며, 각각의 태양광모듈(100)은 발전전류를 생성하고 합산된 발전전류는 인버터(200)로 인가된다.
다시 말해, 스트링(600a)은 개별 태양광모듈이 일정개수로 직렬연결되어 합산전류를 생성하도록 구성된 단위를 의미한다.
또한, 각각의 스트링(600a)은 병렬로 연결되면서, 각각의 스트링별로 생성된 발전전류는 인버터(200)로 인가된다.
상기 병렬로 연결되는 스트링은 모두 어레이(600)에 내장되도록 구성된다.
상기 각각의 스트링(600a)은 각각 발전전류를 생성하여 병렬로 인버터(200)로 발전전류를 인입하며, 각각의 스트링(600a)의 발전전류를 측정하기 위한 전류센서부(910)가 각각 스트링(600a)별로 장착구성된다.
상기 전류센서부(910)는 접속반(900)내에 퓨즈(920)와 차단기(930) 등의 보호장치와 함께 장착될 수 있다.
또한, 상기 전류센서부(910)로부터 출력되는 스트링별 전류정보를 지속적으로 수신하여 개별 스트링별로 전류값의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 알람신호를 관리자단말기나 중앙감시반으로 출력하는 제어부(500)가 구성된다.
상기 제어부(500)는 개별 스트링별로 전류값의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 알람신호를 관리자단말기나 중앙감시반으로 출력하게 되어, 태양광모듈(100)의 고장이 발견된 경우에 빠른 조치를 취할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 개별 스트링별 발전전류가 인버터(200)로 인가되는 전선라인 상에 장착되며, 상기 제어부(500)에서 전류센서부(910)을 통해 전달된 개별 스트링별로 전류값의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 발생하는 제어신호에 따라 on/off되는 절체스위치가 구성된 절체부(940)가 구성된다.
상기 절체부(940)는 접속반(900)내에 전류센서부(910), 퓨즈(920), 차단기(930) 등의 보호장치와 함께 장착될 수 있다.
이에, 상기 상기 제어부(500)의 제어신호에 따라 절체부(940)가 구동되는 경우에 상기 절체부(940)의 절체스위치를 통해 보조전류를 인가하여 인버터(200)로 인입되도록 ESS(800)가 구성된다
상기 ESS(800)에 보유한 보조전류는 개별 상용전원으로 공급하거나 또는 건전지 등으로 공급할 수도 있겠지만, 바람직하게는 상기 개별 스트링(600a)별 발전전류가 인버터(200)로 인가되는 전선라인 상에서 보조전류를 충전하도록 충전식 배터리 타입으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 어레이(600)의 외부면에 육안으로 개별 태양광모듈(100)에서 발생되는 발전전류의 상태를 파악할수 있도록 모니터링부가 구성된다.
이에 개별 태양광모듈(100)에도 각각의 발전전류를 측정할 수 있는 전류센서부가 구성된다.
예를 들면, 상기 모니터링부에는 각각의 태양광모듈(100)의 발전전류의 크기가 전격전류인 경우는 청색, 정격전류의 70% 인 경우는 황색, 정격전류의 50% 인 경우는 황색으로 표시하도록 할수 있다.
또한, 바(Bar)타입의 전류측정메터에 의해 각각의 태양광모듈(100)의 발전전류 상태를 시각적으로 보이도록 구성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 의한 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템의 구성도이다.
도시된 바를 참조하면, 본 발명은 복수의 태양광 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
복수의 태양광모듈(100)간은 각각 직렬로 연결되며, 각각의 태양광모듈(100)은 발전전류를 생성하며, 각각 전류센서부(910)가 장착구성된다.
상기 전류센서부(910)은 접속반(900)내부에 퓨즈나 차단기 등의 보호장치와 함께 장착구성될 수 있다.
상기 직렬로 연결되는 개별 태양광모듈(100)들의 각각의 발전전류는 모두 인버터(200)로 인가된다.
상기 전류센서(910)로부터 개별 태양광모듈(100)의 전류정보가 각각 제어부(500)로 유무선 방식으로 통신연결되어 입력되도록 구성된다.
상기 제어부(500)는 유무선 통신방식으로 상기 전류센서(910)와 통신연결될 수 있으며, 상기 전류센서(910)을 통해 상기 개별 태양광모듈(100)의 발전전류 신호가 각각 제어부(400)로 입력된다.
상기 제어부(500)는 개별 태양광모듈(100)의 발전전류를 파악하여, 이상시나 고장시에 제어신호를 출력하게 된다.
상기 이상시나 고장시의 판단은 제어부(500)에서 개별 태양광모듈(100)의 전격 발전전류의 설정값을 기준으로 정해진 일정값에 도달하지 못하는 경우에 이상 또는 고장으로 판단하게 된다.
또한, 개별 태양광모듈의 발전전류가 인버터로 인가되는 전선라인 상에 구성되는 병렬스위치(950)가 구성된다.
상기 병렬스위치(950)는 접속반(900)내부에 퓨즈나 차단기 등의 보호장치와 함께 장착구성될 수 있다.
또한, 상기 제어부의 제어신호에 따라 구동되면서 보유된 보조전류가 상기 병렬스위치(950)를 통해 인버터(200)로 인가되도록 보조스위치가 다수로 구성된 ESS(에너지저장장치, 800)가 구성된다.
상기 ESS9800)의 보조전류는 다수의 직렬연결된 배터리에서 공급되며, 한개의 배터리는 상기 개별 태양광모듈(100)에서 예상발전되는 발전전류의 크기와 동일하도록 구성될 수있다.
상기 제어부(500)는 고장이 발생된 태양광모듈(100)의 개수만큼 상기 보조스위치(800a)로 제어신호를 발송하도록 함으로서, 고장이 발생한 태양광모듈들의 예상발전되는 발전전류만큼 동일한 보조전류가 상기 ESS(800)에서 인버터(200)로 인가되도록 구성된다.
즉, 한개의 배터리는 하나의 태양광모듈(100)에서 예상발전되는 전격전류의 크기와 동일하도록 구성되며, 이를 위해, 상기 다수로 구성되는 보조스위치(800a)는 상기 제어부(500)의 제어신호에 따라 on/off되도록 구성된다.
본 실시예의 작동상태에 대해 다시 기술하면, 상기 각각의 태양광모듈(100)에 구성되는 전류센서(910)를 통해 출력되는 전류신호는 상기 제어부(500)로 입력된다.
상기 제어부(500)는 출력되는 정보를 지속적으로 수신하여, 각각의 태양광모듈(100)에서 발생한 발생전류를 통해 고장을 파악한 경우, 즉 고장이 발생한 경우에는 제어신호를 고장난 패널의 개수만큼 ESS(800)의 보조스위치(800a)로 출력하게 된다.
즉, 각각의 태양광모듈(100)별로 고장이 발생된 경우에 해당 태양광모듈(100)들의 예상 발전전류만큼 동일한 보조전류가 상기 ESS(800)에서 인버터(200)로 인가되도록 구성된다.
상기 보조스위치(800a)는 상기 제어부(500)의 제어신호에 따라 on/off되면서 부족한 발전전류만큼 상기 ESS(800)의 보조전류로 대체하여 상기 인버터(200)에 인가시켜 일정한 출력전류를 발전계통으로 인가되도록 한다.
다시말해, 제어부(500)는 각각의 태양광모듈(100)별로 고장을 발생된 경우에 고장이 발생된 태양광모듈(100)의 개수만큼 상기 보조스위치(800a)로 제어신호를 발송하게 되고, 이를 통해 부족한 만큼의 보조전류를 상기 인버터로 인가시키게 되는 것이다.
이를 테면, 고장된 태양광모듈(100)의 수가 3개인 경우라면, 제어부(500)는 3개의 제어신호를 상기 ESS(800)에 구성되는 3개의 보조스위치(800a)로 각각 전송하게 되고, 이를 통해 3개의 배터리에 비축된 보조전류 만큼을 상기 인버터(200)로 인가하게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 태양광모듈 200: 인버터
300: 전류센서부부 400: 멀티플렉스
500: 제어부
510: 센서부스모듈 520: A/D변환기
530: 분석가공모듈 530a: 발전전류 검출부
530b: 그룹생성부 530c: 알람신호 발생부
530d: 메모리부 530e: 주변전류 체크부
540: 저장부 550: 전면표시부
560: 전원부 570: 통신부
580: 제어입력부 590: 출력부
600: 어레이 600a: 스트링
700: 변압기
800: ESS 800a: 보조스위치
900: 접속반 910: 전류센서부
920: 퓨즈 930: 차단기
940: 절체부 950: 병렬스위치

Claims (5)

  1. 복수의 태양광 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템에 있어서,
    각각 발전전류를 생성하며 각각 전류센서부가 장착구성된 개별 태양광모듈이 일정개수로 직렬연결되어 합산전류를 생성하여 인버터로 흐르도록 구성된 스트링;
    상기 스트링이 복수로 병렬연결되어 내장되는 어레이;
    상기 스트링 단위로 합산전류를 측정하도록 스트링별로 장착되는 전류센서부; 및
    상기 전류센서부로부터 출력되는 스트링별 전류정보를 지속적으로 수신하여 개별 스트링별로 전류값의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 알람신호를 관리자단말기나 중앙감시반으로 출력하는 제어부;가 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 개별 스트링별 발전전류가 인버터로 인가되는 전선라인 상에 장착되며, 상기 제어부에서 개별 스트링별로 전류값의 크기를 설정값과 비교하면서 설정값에 미도달시 발생하는 제어신호에 따라 on/off되는 절체스위치가 구성된 절체부; 및
    상기 절체부가 구동되는 경우에 상기 절체부의 절체스위치를 통해 보조전류를 인가하여 인버터로 인입되도록 구성되는 ESS;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 ESS는 상기 개별 스트링별 발전전류가 인버터로 인가되는 전선라인 상에서 보조전류를 충전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템.
  4. 복수의 태양광 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템에 있어서,
    각각 직렬로 연결되며, 각각 발전전류를 생성하며 각각 전류센서부가 장착구성된 개별 태양광모듈;
    상기 직렬로 연결되는 개별 태양광모듈들의 각각의 발전전류가 인가되는 인버터;
    상기 전류센서부로부터 출력되는 개별 태양광모듈의 전류정보를 지속적으로 수신하여, 개별 태양광모듈의 발전전류의 크기를 파악하여 고장시에 제어신호를 출력하는 제어부; 및
    개별 태양광모듈의 발전전류가 인버터로 인가되는 전선라인 상에 구성되는 병렬스위치;
    상기 제어부의 제어신호에 따라 구동되면서 보유된 보조전류가 상기 병렬스위치를 통해 인버터로 인가되도록 보조스위치가 다수로 구성된 ESS;가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 ESS의 보조전류는 다수의 직렬연결된 배터리에서 공급되며, 한개의 배터리는 상기 개별 태양광모듈에서 예상발전되는 발전전류의 크기와 동일하도록 구성되며,
    상기 제어부는 고장이 발생된 태양광모듈의 개수만큼 상기 보조스위치로 제어신호를 발송하도록 함으로서, 고장이 발생한 태양광모듈들의 예상발전되는 발전전류만큼 동일한 보조전류가 상기 ESS에서 인버터로 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈별 발전전류을 관리하는 태양광 발전 시스템.
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