KR20210147192A - 태양광 모듈 이상 감지 기능을 구비하는 태양광 발전 시스템 - Google Patents

태양광 모듈 이상 감지 기능을 구비하는 태양광 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 태양광 패널로부터 출력되는 전압을 실시간으로 감시하여 태양광 패널의 이상 여부를 감지하는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양광 모듈 이상 감지 기능을 구비하는 태양광 발전 시스템은, 태양광에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환함으로써 직류 전기를 생산하는 다수의 태양광 모듈과, 상기 태양광 모듈로부터 생산된 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 인버터와, 상기 태양광 모듈과 인버터 사이에 구비되어 태양광 모듈로부터 생산된 직류 전기를 인버터로 전달하는 접속반과, 상기 인버터로부터 전달된 교류 전기를 상용계통과 수용가로 분배 전달하는 배전반과, 상기 인버터와 네트워크로 연결되어 시스템을 감시하는 모니터링 장치를 포함하는 태양광 발전 시스템으로서, 상기 접속부 내부에는 각 태양광 모듈별 출력 전압을 실시간으로 감지하기 위한 채널전압센서와, 상기 각 채널전압센서로부터 감지된 전압값을 실시간으로 전달받아 저장 및 관리하며 전달된 전압값을 기초로 해당 채널과 접속된 태양광 모듈의 이상 여부를 판정하여 상기 모니터링 장치에 전달하는 채널전압감시부가 구비된다.

Description

태양광 모듈 이상 감지 기능을 구비하는 태양광 발전 시스템{Photovoltaic power generation system having function of photovoltaic module abnormality detection}
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 태양광 패널로부터 출력되는 전압을 실시간으로 감시하여 태양광 패널의 이상 여부를 감지하는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
환경 오염의 증가로 인하여 오염 물질을 많이 발생시키는 화석 연료를 대체한 친환경 신재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 태양광 발전 시스템은 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 발전 시스템으로 설비가 간단하고 관리가 용이하여 점차 증가하고 있는 추세이다.
도 1 에는 이러한 태양광 발전 시스템의 개략적인 구성도가 도시된다. 도시된 바와 같이 태양광 발전 시스템은 태양광에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환함으로써 직류 전기를 생산하는 태양광 모듈(10)과, 상기 태양광 모듈(10)로부터 생산된 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 인버터(200)와, 태양광 모듈(10)과 인버터(200) 사이에 구비되어 태양광 모듈(10)로부터 생산된 직류 전기를 인버터(200)에 전달하고 전기 역류 방지, 합선이나 과전류 등을 차단시켜주는 역할을 하는 접속반(100)과, 전력 계통의 감시, 제어, 보호 등 전력의 수급에 필요한 장치로 구성되며 전기를 상용계통(400;한전계통)과 수용가(500)로 분배 전달하는 배전반(300)과, 상기 인버터(200)와 네트워크로 연결되어 시스템을 감시하는 모니터링 장치(600)를 포함한다. 상기 모니터링 장치(600)에서는 태양광 모듈의 온도, 일사량 및 발전량 등을 실시간 감시한다. 이러한 통상적인 태양광 발전 시스템에서는 다수개의 태양광 모듈(10)이 접속반(100)에 병렬로 연결되는데, 각 태양광 모듈(10)은 접속반(100)의 개별적인 단자에 각각 접속되고, 접속반(100)에서 각 태양광 모듈(10)로부터 전달된 전기는 하나로 통합되어 인버터(200)로 전달된다. 이에 따라, 모니터링 장치(600)에서는 인버터(200)로부터 통합된 전체 발전량에 관한 데이터만 전달받아 관리하므로 전체 발전량의 증감을 파악할 수는 있으나, 어느 태양광 모듈에서 얼마 만큼의 전기가 생산되고, 어느 태양광 모듈에 이상이 발생하였는지 등 각 태양광 모듈의 상태를 개별적으로 감시할 수 있는 기능은 부재한 상황이어서 개별 태양광 모듈의 이상 발생시 이에 즉각적으로 대처하지 못하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1201863호 대한민국 등록특허 제10-1578675호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 태양광 발전 시스템의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 개별적인 태양광 모듈의 출력 전압(채널 전압)을 실시간으로 감지하여 특정 태양광 모듈의 이상 여부를 감지할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 모듈 이상 감지 기능을 구비하는 태양광 발전 시스템은, 태양광에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환함으로써 직류 전기를 생산하는 다수의 태양광 모듈과, 상기 태양광 모듈로부터 생산된 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 인버터와, 상기 태양광 모듈과 인버터 사이에 구비되어 태양광 모듈로부터 생산된 직류 전기를 인버터로 전달하는 접속반과, 상기 인버터로부터 전달된 교류 전기를 상용계통과 수용가로 분배 전달하는 배전반과, 상기 인버터와 네트워크로 연결되어 시스템을 감시하는 모니터링 장치를 포함하는 태양광 발전 시스템으로서, 상기 접속부 내부에는 각 태양광 모듈별 출력 전압을 실시간으로 감지하기 위한 채널전압센서와, 상기 각 채널전압센서로부터 감지된 전압값을 실시간으로 전달받아 저장 및 관리하며 전달된 전압값을 기초로 해당 채널과 접속된 태양광 모듈의 이상 여부를 판정하여 상기 모니터링 장치에 전달하는 채널전압감시부가 구비된다.
여기서, 상기 채널전압센서는 각 태양광 모듈이 접속반에 연결되도록 구비된 채널단자에 구비된다.
그리고, 상기 채널전압감시부는, 상기 각 채널전압센서로부터 전달받은 전압값에 식별코드를 부여하고 메모리에 채널별로 전압값을 저장하며, 채널별 과거 전압값들의 평균치를 계산하여 저장 관리하는 채널전압관리모듈과; 상기 각 채널전압센서로부터 감지되어 전달된 전압값을 상기 채널전압관리모듈에 의해 계산된 각 채널별 과거 특정 기간 동안의 전압 평균치와 비교하여 이상 여부를 판정하고, 이상 전압인 것으로 판정된 해당 채널의 식별코드를 인식하고 이를 전압값과 함께 통신모듈을 통해 상기 모니터링 장치로 전송하는 이상판정모듈과; 상기 이상판정모듈에서 이상 판정된 태양광 모듈에 이상이 있다는 경보를 외부에 발령하는 경보발령모듈을 포함한다.
또한, 상기 모니터링 장치는 인버터를 통하여 전체 태양광 모듈의 발전량 데이터 실시간으로 전달받아 저장 및 관리하되, 과거 특정 기간 동안의 전체 발전량 데이터를 저장하고 있으며, 상기 접속반의 이상판정모듈로부터 1차적으로 전압 이상이 발생한 것으로 판정된 경우 해당 시점부터 특정 기간 동안의 전체 발전량을 산출하고 이를 과거의 특정 기간 동안의 전체 발전량과 비교하여 산출된 발전량이 과거 발전량 또는 미리 설정된 오차 범위를 포함하는 발전량 범위 미만인 경우 전압에 이상이 있는 것으로 최종 판정한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 개별적인 태양광 모듈의 출력 전압(채널 전압)을 실시간으로 감지하여 특정 태양광 모듈의 이상 여부를 감지할 수 있다.
도 1 은 통상적인 태양광 발전 시스템의 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 채널전압감시부 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 태양광 모듈 이상 감지 기능을 구비하는 태양광 발전 시스템의 구성 및 작용을 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 모듈 이상 감지 기능을 구비하는 태양광 발전 시스템은, 통상적인 태양광 발전 시스템과 같이 태양광 모듈(10), 접속반(100), 인버터(200), 배전반(300), 및 모니터링 장치(600)를 포함하되, 접속반(100) 내부에 채널전압센서(120)와 채널전압감시부(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 채널전압센서(120)는 개별적인 태양광 모듈(10)로부터 생산되어 접속반(100)으로 인가되는 전기의 전압을 실시간으로 측정하기 위한 센서이다. 위에서 언급한 바와 같이, 태양광 발전 시스템에는 다수의 태양광 모듈(10)이 구비되고 각 태양광 모듈(10)은 각각 접속반(100)에 전기적으로 연결된다. 구체적으로 상기 접속반(100)에는 다수의 태양광 모듈(10)로부터 생산된 전기가 수집되도록 채널단자(110)가 구비되고, 상기 채널단자(110)에는 각 태양광 모듈(10)과 연결된 케이블이 각각 연결된다. 그리고, 상기 채널단자(110)로 입력된 전기는 상기 인버터(200)로 전달된다. 본 발명에서는 상기 각 채널단자(110)에 채널전압센서(120)가 구비되어 각 채널단자(110)로 입력되는 전기의 전압이 실시간으로 감지되고, 감지된 전압값이 상기 채널전압감시부(150)로 전달된다.
채널전압감시부(150)는 상기 각 채널전압센서(120)로부터 감지된 전압값을 실시간으로 전달받아 저장 및 관리하며, 전달된 전압값을 기초로 해당 채널과 접속된 태양광 모듈(10)의 이상 여부를 판정하고 이를 상기 모니터링 장치(600)에 전달한다. 이를 위해, 상기 채널전압감시부(150)는 도 3 에 도시된 바와 같이 채널전압관리모듈(152), 메모리(153), 이상판정모듈(154), 통신모듈(156) 및 경보발령모듈(158)을 포함한다.
채널전압관리모듈(152)은 각 채널전압센서(120)로부터 전달받은 전압값에 식별코드를 부여하고 메모리(153)에 채널별로 전압값을 저장한다. 이러한 채널별 전압값은 시간순으로 실시간 저장되며, 과거 1년치 또는 2년치 등 특정 기간 동안의 전압값이 저장되고, 기간이 경과한 전압값은 채널전압관리모듈(152)에 의해 자동 삭제되도록 구성된다. 또한, 상기 채널전압관리모듈(152)은 채널별 과거 전압값들의 평균치를 계산하여 저장 관리한다. 태양광 모듈(10)의 발전량은 태양광 모듈(10)의 특성이나, 일조량, 계절 변화, 먼지 등 환경적 요인에 의해 편차가 발생한다. 이에, 본 발명에서는 태양광 모듈(10)의 이상 판정시 기준값으로 과거 특정 기간 동안의 전압값의 평균를 사용하며, 이에 따라 상기 채널전압관리모듈(152)은 채널별 과거 전압값들의 평균치를 계산하여 저장하는 것이다.
이상판정모듈(154)은 상기 각 채널전압센서(120)로부터 감지되어 전달된 전압값을 상기 채널전압관리모듈(152)에 의해 계산된 각 채널별 과거 특정 기간 동안의 전압 평균치와 비교하여 이상 여부를 판정한다. 예컨대, 감지된 전압값이 전압 평균치 미만인 경우 또는 미리 설정된 오차 범위를 포함하는 평균치 범위 미만인 경우 전압에 이상이 있는 것(즉, 해당 채널의 태양광 모듈 이상)으로 판정한다. 상기 이상판정모듈(154)은 이렇게 이상 전압인 것으로 판정된 해당 채널의 식별코드를 인식하고 이를 전압값과 함께 통신모듈(156)을 통해 상기 모니터링 장치(600)로 전송한다. 이에 따라, 상기 모니터링 장치(600)에서 특정 채널에 해당하는 태양광 모듈(10)의 이상 여부를 원격에서 감시할 수 있게 된다. 한편, 특정 채널에서 이상 전압값이 발생되는 경우 상기 이상판정모듈(154)은 경보발령모듈(158)에 해당 채널의 식별코드를 전달하고, 상기 경보발령모듈(158)에서는 전달된 식별코드에 해당하는 태양광 모듈(10)에 이상이 있다는 경보를 발령한다. 상기 경보는 라이트 및 경보음 형태로 발생될 수 있는 바, 접속반(100) 외부에 각 채널별 LED 램프와 부저가 구비되어 특정 채널의 LED 램프의 점등과 함께 부저가 울리도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 접속반(100)의 이상판정모듈(154)과 상기 모니터링 장치(600)에서 2중으로 태양광 모듈(10)의 이상 여부를 판정할 수 있도록 구성된다. 즉, 상기 이상판정모듈(154)에서 전압 이상이 발생한 것으로 판정된 특정 채널 전압값은 모니터링 장치(600)에서 일종의 이상전압후보로 분류되고, 모니터링 장치(600)에서 별도의 판정에 의해 최종 이상 여부를 판정하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 모니터링 장치(600)는 인버터(200)를 통하여 전체 태양광 모듈(10)의 발전량 데이터 실시간으로 전달받아 저장 및 관리하는바, 과거 특정 기간 동안(예컨대, 시간당 또는 1일당)의 전체 발전량 데이터를 저장하고 있으며, 상기 접속반(100)의 이상판정모듈(154)로부터 1차적으로 전압 이상이 발생한 것으로 판정된 경우 해당 시점부터 시간당 또는 1일당 전체 발전량을 산출하고 이를 과거의 시간당 또는 1일당 전체 발전량과 비교하여, 산출된 발전량이 과거 발전량 또는 미리 설정된 오차 범위를 포함하는 발전량 범위 미만인 경우 전압에 이상이 있는 것(즉, 해당 채널의 태양광 모듈 이상)으로 최종 판정하고, 최종 이상 판정된 채널의 식별코드를 다시 이상판정모듈(154)로 전송하며, 상기 이상판정모듈(154)은 경보발령모듈(158)에 해당 채널의 식별코드를 전달하여 경보발령모듈(158)에서 전달된 식별코드에 해당하는 태양광 모듈(10)에 이상이 있다는 경보를 발령하도록 한다. 이와 같이, 접속반(100)의 이상판정모듈(154)에서 1차적으로 이상 여부를 판정하고, 다시 모니터링 장치(600)에서 인버터(200)로부터 전달받은 전체 발전량 데이터를 활용하여 과거 발전량 데이터와 차이를 보이는 경우 최종적으로 이상 여부를 판정함으로써, 이상판정모듈(154)에서는 이상으로 판정되었으나 실제 전체 발전량에는 변함이 없는 경우는 이상이 발생되지 않은 것으로 판정하여 이상판정모듈(154)에서 오류가 발생하는 경우 이를 보완할 수 있다. 즉, 이상판정모듈(154)에서 특정 채널 전압에 이상이 있는 것으로 판정되고, 동시에 모니터링 장치(600)에서 전체 발전량에도 차이가 발생된 경우에만 최종적으로 이상 판정을 내린다.
이와 같은 구성 및 작용을 통하여 특정 채널의 태양광 모듈(10)에 이상이 발생한 것을 쉽게 파악하여 해당 태양광 모듈(10)을 점검 및 수리하거나 교체할 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
10 : 태양광 모듈 100 : 접속반
110 : 채널단자 120 : 채널전압센서
150 : 채널전압감시부 152 : 채널전압관리모듈
153 : 메모리 154 : 이상판정모듈
156 : 통신모듈 158 : 경보발령모듈
200 : 인버터 300 : 배전반
400 : 상용계통 500 : 수용가
600 : 모니터링 장치

Claims (4)

  1. 태양광에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환함으로써 직류 전기를 생산하는 다수의 태양광 모듈(10)과, 상기 태양광 모듈(10)로부터 생산된 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 인버터(200)와, 상기 태양광 모듈(10)과 인버터(200) 사이에 구비되어 태양광 모듈(10)로부터 생산된 직류 전기를 인버터(200)로 전달하는 접속반(100)과, 상기 인버터(200)로부터 전달된 교류 전기를 상용계통(400)과 수용가(500)로 분배 전달하는 배전반(300)과, 상기 인버터(200)와 네트워크로 연결되어 시스템을 감시하는 모니터링 장치(600)를 포함하는 태양광 발전 시스템에 있어서,
    상기 접속부 내부에는 각 태양광 모듈별 출력 전압을 실시간으로 감지하기 위한 채널전압센서(120)와, 상기 각 채널전압센서(120)로부터 감지된 전압값을 실시간으로 전달받아 저장 및 관리하며 전달된 전압값을 기초로 해당 채널과 접속된 태양광 모듈(10)의 이상 여부를 판정하여 상기 모니터링 장치(600)에 전달하는 채널전압감시부(150)가 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 이상 감지 기능을 구비하는 태양광 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널전압센서(120)는 각 태양광 모듈이 접속반(100)에 연결되도록 구비된 채널단자(110)에 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 이상 감지 기능을 구비하는 태양광 발전 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 채널전압감시부(150)는,
    상기 각 채널전압센서(120)로부터 전달받은 전압값에 식별코드를 부여하고 메모리(153)에 채널별로 전압값을 저장하며, 채널별 과거 전압값들의 평균치를 계산하여 저장 관리하는 채널전압관리모듈(152)과;
    상기 각 채널전압센서(120)로부터 감지되어 전달된 전압값을 상기 채널전압관리모듈(152)에 의해 계산된 각 채널별 과거 특정 기간 동안의 전압 평균치와 비교하여 이상 여부를 판정하고, 이상 전압인 것으로 판정된 해당 채널의 식별코드를 인식하고 이를 전압값과 함께 통신모듈(156)을 통해 상기 모니터링 장치(600)로 전송하는 이상판정모듈(154)과;
    상기 이상판정모듈(154)에서 이상 판정된 태양광 모듈(10)에 이상이 있다는 경보를 외부에 발령하는 경보발령모듈(158)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 이상 감지 기능을 구비하는 태양광 발전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모니터링 장치(600)는 인버터(200)를 통하여 전체 태양광 모듈(10)의 발전량 데이터 실시간으로 전달받아 저장 및 관리하되, 과거 특정 기간 동안의 전체 발전량 데이터를 저장하고 있으며, 상기 접속반(100)의 이상판정모듈(154)로부터 1차적으로 전압 이상이 발생한 것으로 판정된 경우 해당 시점부터 특정 기간 동안의 전체 발전량을 산출하고 이를 과거의 특정 기간 동안의 전체 발전량과 비교하여 산출된 발전량이 과거 발전량 또는 미리 설정된 오차 범위를 포함하는 발전량 범위 미만인 경우 전압에 이상이 있는 것으로 최종 판정하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 이상 감지 기능을 구비하는 태양광 발전 시스템.
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