KR20220037816A - 태양광 발전 시스템, 및 이의 모니터링 장치와 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 태양광 발전 시스템은, 복수의 태양전지들을 각각 포함하는 복수의 태양전지 모듈들, 상기 복수의 태양전지 모듈들 중 대응하는 태양전지 모듈의 모듈 전압을 측정하는 적어도 하나의 모니터링 장치, 및 상기 적어도 하나의 모니터링 장치로부터 상기 측정된 모듈 전압을 수신하고, 상기 복수의 태양전지 모듈들과 전력선을 통해 연결되어 상기 복수의 태양전지 모듈들의 모듈 전류를 측정하는 전류측정장치를 포함한다.
Description
본 개시(disclosure)의 기술적 사상은 태양광 발전 시스템, 및 이의 모니터링 장치와 방법에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템은 태양전지 모듈들 각각의 발전량 또는 전체 발전량을 모니터링하기 위한 데이터로서 전압 및 전류 등을 측정하여, 외부의 서버나 단말기 등으로 주기적 또는 연속적으로 제공할 수 있다.
종래의 태양광 발전 시스템은, 태양전지 모듈들 각각이 전압 및 전류를 측정하고, 측정된 전압 및 전류를 인버터 또는 게이트웨이 등으로 각각 전송하도록 구현된다. 태양전지 모듈들 각각은 전압의 측정 및 전류의 측정을 위한 구성들을 포함하여야 하는 바, 태양전지 모듈의 구조가 복잡해지고 원가가 상승할 수 있다.
또한, 태양광 발전 시스템에 포함되는 태양전지 모듈의 수가 증가함에 따라, 태양전지 모듈들과 게이트웨이(또는 인버터) 사이에 송수신되는 데이터의 양 또한 증가하게 되어, 게이트웨이 등의 데이터 수신 및 관리 효율성이 낮아지거나 통신 간섭에 따른 데이터 전송률 저하 등과 같은 문제가 발생할 수 있다.
한편, 태양광 발전 시스템이 설치되는 면적이 넓어질수록, 태양전지 모듈들과 게이트웨이(또는 인버터) 사이의 거리가 증가할 수 있다. 이 경우, 태양전지 모듈로부터 게이트웨이 등으로 전송되는 데이터의 전송률이 저하될 수 있고, 데이터의 전송을 위해 필요한 전력이 증가할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 태양전지 모듈들의 발전량을 산출하기 위한 데이터(모듈 전압 및 모듈 전류 등)를 보다 효율적으로 측정할 수 있는 태양광 발전 시스템, 모니터링 장치, 및 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 태양전지 모듈들의 발전량 산출과 관련된 데이터를 효율적으로 전송 및 처리할 수 있는 태양광 발전 시스템, 모니터링 장치 및 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상에 의한 일 양태(aspect)에 따른 태양광 발전 시스템은, 복수의 태양전지들을 각각 포함하는 복수의 태양전지 모듈들, 상기 복수의 태양전지 모듈들 중 대응하는 태양전지 모듈의 모듈 전압을 측정하는 적어도 하나의 모니터링 장치, 및 상기 적어도 하나의 모니터링 장치로부터 상기 측정된 모듈 전압을 수신하고, 상기 복수의 태양전지 모듈들과 전력선을 통해 연결되어 상기 복수의 태양전지 모듈들의 모듈 전류를 측정하는 전류측정장치를 포함한다.
일 실시 예에 따라, 상기 복수의 태양전지 모듈들은 적어도 하나의 모듈 스트링으로 구분되고, 동일한 모듈 스트링에 포함되는 복수의 태양전지 모듈들은 상기 전류측정장치에 대해 직렬 연결되고, 상기 전류측정장치는, 상기 적어도 하나의 모듈 스트링 각각의 전류를 측정함으로써 상기 모듈 전류를 측정할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 적어도 하나의 모니터링 장치는, 상기 대응하는 태양전지 모듈의 모듈 전압을 측정하는 전압 측정기, 및 상기 측정된 모듈 전압을 포함하는 모듈 데이터를, 전력선을 통해 상기 전류측정장치 또는 다른 모니터링 장치로 전송하는 전력선 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 전류측정장치는, 상기 적어도 하나의 모듈 스트링으로부터, 적어도 하나의 모듈 데이터를 포함하는 모듈 스트링 데이터 및 전력을 수신하고, 수신된 모듈 스트링 데이터와 전력을 분리하는 통신 장치, 및 상기 분리된 전력에 기초하여 대응하는 모듈 스트링의 전류를 측정하는 전류 측정기를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 전류측정장치는 상기 적어도 하나의 모듈 스트링으로 신호를 전송하고, 상기 적어도 하나의 모니터링 장치는, 상기 신호에 응답하여, 상기 모듈 데이터를 상기 전류측정장치 또는 다른 모니터링 장치로 전송하고, 상기 전류측정장치는, 상기 적어도 하나의 모듈 스트링으로부터 적어도 하나의 모듈 데이터를 포함하는 모듈 스트링 데이터를 수신할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 적어도 하나의 모듈 스트링은 복수개이고, 상기 전류측정장치는 상기 복수의 모듈 스트링들 각각으로 동시에 신호를 전송하고, 상기 복수의 모듈 스트링들 각각으로부터 제공되는 모듈 스트링 데이터의 수신 시점은 적어도 일부가 오버랩될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 전류측정장치는 상기 복수의 모듈 스트링들 각각의 모듈 스트링 데이터를 서로 다른 시점에 수신할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 적어도 하나의 모니터링 장치는, 대응하는 태양전지 모듈의 정션박스에 포함될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 복수의 태양전지 모듈들은, 정션박스에 포함되고, 상기 복수의 태양전지들에 셀 스트링 단위로 연결되는 적어도 하나의 DC/DC 컨버터를 포함하고, 상기 셀 스트링은 상기 복수의 태양전지들 중 연속적으로 연결된 적어도 일부의 태양전지를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 적어도 하나의 모니터링 장치는 상기 적어도 하나의 DC/DC 컨버터를 포함하고, 상기 적어도 하나의 DC/DC 컨버터는, 변환된 전압을 포함하는 컨버터 데이터를 상기 전류측정장치로 전송하기 위한 전력선 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 태양광 발전 시스템은, 상기 적어도 하나의 모듈 스트링에 연결되는 적어도 하나의 스트링 게이트웨이, 및 상기 적어도 하나의 스트링 게이트웨이와 연결되는 메인 게이트웨이를 더 포함하고, 상기 전류측정장치는 상기 적어도 하나의 스트링 게이트웨이로부터 수신되는 전력에 기초하여 상기 적어도 하나의 모듈 스트링의 전류를 측정하고, 상기 복수의 태양전지 모듈들의 모듈 전류는, 대응되는 모듈 스트링에 대해 측정된 전류일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 적어도 하나의 스트링 게이트웨이는 복수개이고, 상기 복수의 스트링 게이트웨이들은 캐스케이드 구조로 연결되고, 상기 메인 게이트웨이는 상기 복수의 스트링 게이트웨이들 중 어느 하나와 연결되어, 상기 복수의 모듈 스트링들 각각의 모듈 스트링 데이터를 수신하고, 상기 모듈 스트링 데이터는, 대응하는 모듈 스트링에 포함된 적어도 하나의 태양전지 모듈의 모듈 전압을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 모니터링 방법은, 복수의 태양전지 모듈들의 모듈 전압을 측정하는 단계; 상기 복수의 태양전지 모듈들로부터 발생하는 전력, 및 상기 측정된 모듈 전압을 포함하는 모듈 데이터를 전류 측정 장치로 전송하는 단계; 및 상기 전류 측정 장치가, 수신된 전력에 기초하여 상기 복수의 태양전지 모듈들의 모듈 전류를 측정하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 따라, 상기 모듈 전압을 측정하는 단계는, 상기 복수의 태양전지 모듈들에 대응하는 모니터링 장치가, 전압 측정기를 이용하여 상기 모듈 전압을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 전송하는 단계는, 상기 모니터링 장치가, 상기 측정된 모듈 전압을 포함하는 상기 모듈 데이터를 전력선 통신을 통해 상기 전류 측정 장치로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 복수의 태양전지 모듈들은 적어도 하나의 모듈 스트링으로 구분되고, 상기 적어도 하나의 모듈 스트링 각각에 포함되는 적어도 하나의 태양전지 모듈은 상기 전류측정장치에 대해 직렬 연결되고, 상기 모듈 전류를 측정하는 단계는, 상기 전류측정장치가 상기 적어도 하나의 모듈 스트링의 전류를 측정함으로써 상기 복수의 태양전지 모듈들의 모듈 전류를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 모듈 전류를 측정하는 단계는, 상기 적어도 하나의 모듈 스트링으로부터, 적어도 하나의 모듈 데이터를 포함하는 모듈 스트링 데이터 및 전력을 상기 전력선을 통해 수신하는 단계, 상기 전력선을 통해 수신된 전력과 상기 모듈 스트링 데이터를 분리하는 단계, 및 상기 분리된 전력에 기초하여 대응하는 모듈 스트링의 전류를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템의 모니터링 장치는, 태양전지 모듈에 포함된 복수의 태양전지들의 양 단에 연결되어, 상기 태양전지 모듈의 모듈 전압을 측정하는 전압 측정기; 및 측정된 모듈 전압을 포함하는 모듈 데이터를, 상기 태양전지 모듈과 연결된 전류측정장치로 전송하는 통신 인터페이스를 포함한다.
일 실시 예에 따라, 상기 통신 인터페이스는, 상기 태양전지 모듈과 상기 전류측정장치 사이의 전력선에 연결되어, 전력선 통신을 통해 상기 모듈 데이터를 상기 전류측정장치 또는 다른 모니터링 장치로 전송하는 전력선 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따르면, 모듈 스트링에 포함된 태양전지 모듈들의 모듈 전류는 동일하므로, 상기 모듈 스트링과 연결된 전류측정장치가 모듈 스트링의 전류를 측정하는 것만으로 상기 태양전지 모듈들 각각의 모듈 전류를 보다 효율적으로 측정할 수 있고, 모듈 전류를 포함하는 데이터를 보다 효율적으로 관리할 수 있다.
또한, 태양전지 모듈들 각각은 모듈 전압만을 측정하여 인버터나 게이트웨이 등의 전류측정장치로 전송하도록 구현되므로, 태양전지 모듈의 구성이 보다 간단해질 수 있고, 데이터의 전송 부하가 저감될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 개시의 실시 예에 따른 모니터링 장치는 태양광 발전 시스템에 외장 형태로 제공 가능하도록 구현되어, 기존 설치된 태양광 발전 시스템의 작동 효율 및 데이터 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 태양광 발전 시스템의 태양전지 모듈들 각각에는 태양전지들과 셀 스트링 단위로 연결되는 복수의 DC/DC 컨버터가 구비됨으로써, 특정 태양전지의 발전량 저하로 인한 태양전지 모듈 전체의 발전량 저하를 최소화할 수 있다.
또한, 실시 예에 따라 태양광 발전 시스템은 모듈 스트링들 각각에 연결되는 스트링 게이트웨이들을 포함함으로써, 태양전지 모듈들과 인버터(또는 게이트웨이) 사이의 거리에 의한 데이터 전송률 저하를 최소화하고 데이터 전송 전력의 효율화를 가능하게 한다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈의 전면과 후면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 II 영역을 확대한 도면으로, 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 요부를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 III 영역을 확대한 도면으로, 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 주요 요소들 간의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈에 포함되는 모니터링 장치 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템이, 태양전지 모듈들의 발전량 모니터링을 위한 데이터를 획득하는 동작을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템이, 태양전지 모듈들의 발전량 모니터링을 위한 데이터를 획득하는 동작을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10 각각은, 모듈 스트링 데이터 또는 DC-DC 컨버터 데이터가 태양전지 모듈들로부터 전류측정장치로 전송되는 실시예들을 나타낸 타이밍도들이다.
도 11은 태양전지 모듈들과 연결되도록 구현되는 모니터링 장치 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 하프-컷 셀 태양전지 모듈에 포함되는 모니터링 장치 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13 내지 도 14는 복수의 게이트웨이들을 이용하여 태양전지 모듈들의 발전량 모니터링을 위한 데이터를 획득하도록 구현되는 태양광 발전 시스템의 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈의 전면과 후면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 II 영역을 확대한 도면으로, 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 요부를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 III 영역을 확대한 도면으로, 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 주요 요소들 간의 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈에 포함되는 모니터링 장치 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템이, 태양전지 모듈들의 발전량 모니터링을 위한 데이터를 획득하는 동작을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템이, 태양전지 모듈들의 발전량 모니터링을 위한 데이터를 획득하는 동작을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10 각각은, 모듈 스트링 데이터 또는 DC-DC 컨버터 데이터가 태양전지 모듈들로부터 전류측정장치로 전송되는 실시예들을 나타낸 타이밍도들이다.
도 11은 태양전지 모듈들과 연결되도록 구현되는 모니터링 장치 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 하프-컷 셀 태양전지 모듈에 포함되는 모니터링 장치 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13 내지 도 14는 복수의 게이트웨이들을 이용하여 태양전지 모듈들의 발전량 모니터링을 위한 데이터를 획득하도록 구현되는 태양광 발전 시스템의 실시예들을 나타낸 도면이다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 개시의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 기술적 사상의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 개시에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 개시의 기술적 사상의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 개시의 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것이다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들면, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부한 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 개시의 기술적 사상에 의한 실시예들은 본 개시에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면, 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
여기에서 사용된 '및/또는' 용어는 언급된 부재들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시의 기술적 사상에 의한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈의 전면과 후면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 II 영역을 확대한 도면으로, 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 요부를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈(10)은, 태양전지 패널(100), 태양전지 패널(100)의 태양전지(110)들에서 생성된 전력을 수집하는 정션박스(200), 및 태양전지 패널(100)을 수납하는 프레임(300)을 포함할 수 있다.
태양전지 패널(100)은, 복수의 태양전지(110)들, 태양전지(110)들을 전기적으로 연결하는 제1 연결부재(120), 태양전지(110)들을 보호하는 상부 보호막(140-1)과 하부 보호막(140-2)을 포함할 수 있다. 또한, 태양전지 패널(100)은, 태양전지(110)들의 상면, 예를 들어, 수광면 쪽의 상부 보호막(140-1) 위에 위치하는 투명 부재(150), 및 태양전지(110)들의 하면, 예를 들어, 수광면 반대 쪽의 하부 보호막(140-2)의 하면에 위치하는 후면 시트(back sheet)(160)를 포함할 수 있다.
후면 시트(160)는 외부 환경의 영향으로부터 태양전지(110)들을 보호하기 위한 층일 수 있다. 예를 들어, 후면 시트(160)는 태양전지 패널(100)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 차단하여, 태양전지(110)들을 보호할 수 있다.
도 2에서는 후면 시트(160)가 단일층으로 구현되는 실시 예를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시 예에 따라, 후면 시트(160)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
다른 실시 예에서, 태양전지(110)들이 양면 수광형(Bifacial) 태양전지인 경우, 후면 시트(160)는 투명 부재로 대체될 수 있다. 예를 들어, 후면 시트(160)는 유리(glass)로 대체될 수 있다. 상기 유리는, 후술되는 투명 부재(150)와 유사하게 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리일 수 있다. 이와 같이, 투명 부재(150)와 후면 시트(160)가 유리로 구성되어, 태양전지 패널(100)이 G2G(glass to glass) 구조를 가질 수 있다.
상부 보호막(140-1)과 하부 보호막(140-2)은, 태양전지(110)들의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 태양전지(110)들과 일체화될 수 있다. 상부 보호막(140-1)과 하부 보호막(140-2)은, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양전지(110)들을 충격으로부터 보호하기 위한 층일 수 있다. 상부 보호막(140-1)과 하부 보호막(140-2)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질을 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 일체화된 상부 보호막(140-1)과 하부 보호막(140-2)을 보호막(140)으로 칭할 수 있다.
보호막(140) 위에 위치하는 투명 부재(150)는 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 투명 부재(150)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 측면 또는 보호막(140)과 접하는 하면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 태양전지 모듈(10)이 수상 태양광 발전 모듈인 경우, 투명 부재(150)는 방습성이 우수한 폴리머 물질인 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer) 등의 물질에 의해 보호막(140)에 접착될 수 있다.
태양전지(110)들은, 제1 반도체층(111), 제1 반도체층(111) 상에 위치하는 제2 반도체층(112), 제2 반도체층(112) 상에 위치하는 제1 전극(113), 제1 전극(113)이 위치하지 않는 제2 반도체층(112) 위에 위치하는 반사방지층(114), 제1 반도체층(111)의 수광면 반대측에 위치하는 패시베이션층(115-1) 및 캡핑층(115-2), 패시베이션층(115-1) 및 캡핑층(115-2)에 의해 둘러싸이는 국부 콘택(116), 및 캡핑층(115-2)의 하부에 위치하는 제2 전극(117)을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(111)은 제1 도전형의 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(111)은 p형 불순물이 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 실리콘은, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 반도체층(111)은, 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형의 반도체 물질을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(111)은 n형 불순물이 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(111)의 상면을 텍스처된 표면(textured surface)으로 형성하기 위해 제1 반도체층(111)은 텍스처링(texturing) 처리될 수 있다. 제1 반도체층(111)의 표면이 텍스처된 표면으로 형성되면, 제1 반도체층(111)의 수광면에서 광 반사도가 감소하고, 광 흡수율이 증가할 수 있다.
제2 반도체층(112)은 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형의 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 반도체층(112)은 n형 불순물이 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 제1 반도체층(111)이 상기 제2 도전형의 반도체 물질을 포함하고, 제2 반도체층(112)이 상기 제1 도전형의 반도체 물질을 포함할 수 있다.
복수의 제1 전극(113)들은 제2 반도체층(112) 위에 위치되며 제2 반도체층(112)과 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 제1 전극(113)들은 서로 이격된 상태로 어느 한 방향으로 형성될 수 있다.
복수의 제1 전극(113)들은 적어도 하나의 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상술한 도전성 물질 이외의 다른 도전성 물질을 포함할 수 있다.
복수의 제1 전극(113)들은 제2 반도체층(112) 상에서 복수의 제1 전극(113)들과 교차하는 방향으로 형성되는 상부 접속부 또는 패드(미도시)로 수집된 전하를 전달할 수 있다. 상기 상부 접속부는 적어도 하나의 도전성 물질을 포함할 수 있다. 상기 상부 접속부는 후술되는 제1 연결부재(120)들과 접속될 수 있고, 복수의 제1 전극(113)들로부터 전달되는 전하를 제1 연결부재(120)들을 통해 출력할 수 있다.
제2 반도체층(112) 상에서 복수의 제1 전극(113)들과 상기 상부 접속부가 형성되지 않는 영역에는 반사방지층(114)이 위치할 수 있다. 반사방지층(114)은 태양전지(110)들로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 반사방지층(114)은, 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiO2) 및 실리콘 산질화막(SiON) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(111)의 하부에는 패시베이션층(115-1), 캡핑층(115-2) 및 이들에 의해 둘러싸이는 복수의 국부 콘택(116)들이 위치할 수 있다.
패시베이션층(115-1) 및 캡핑층(115-2)은 수광면의 반대면, 다시 말해, 제1 반도체층(111)의 하면으로 유출되는 빛을 제1 반도체층(111)으로 반사시킬 수 있다. 반사된 빛은 제1 반도체층(111)에 흡수될 수 있고, 이에 따라, 태양전지(110)의 효율이 증가될 수 있다.
예를 들어, 패시베이션층(115-1)은 산화 알루미늄막(Al2O3)을 포함하고, 캡핑층(115-2)은 실리콘 질화막(SiNx)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예에서, 패시베이션층(115-1)은 실리콘 산화막(SiO2)을 포함하고, 캡핑층(115-2)은 실리콘 산질화막(SiON)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 패시베이션층(115-1) 및 캡핑층(115-2)은 다양한 유전체막들 중 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
복수의 국부 콘택(116)들은 하부의 제2 전극(117)과 제1 반도체층(111)의 접촉 저항을 줄여 태양전지(110)의 효율을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 복수의 국부 콘택(116)들은, 알루미늄(Al) 등의 도전성 물질을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 복수의 국부 콘택(116)들은 제2 전극(117)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
제2 전극(117)은 캡핑층(115-2)의 하부에 위치하며, 제1 반도체층(111) 쪽으로 이동하는 전하를 수집할 수 있다.
제2 전극(117)은 적어도 하나의 도전성 물질을 포함할 수 있다. 상기, 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 전극(117)은 앞서 예시한 도전성 물질 이외의 다른 도전성 물질을 포함할 수 있다.
한편, 제2 전극(117)과 동일한 면에는 상기 상부 접속부들과 평행한 방향으로 형성된 복수의 하부 접속부 또는 패드(미도시)들이 위치할 수 있고, 제2 전극(117)에 의해 수집된 전하는 상기 하부 접속부들로 전달될 수 있다.
상기 하부 접속부들도 적어도 하나의 도전성 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 하부 접속부들도 후술되는 제1 연결부재(120)들과 접속되어 제2 전극(117)으로부터 전달되는 전하를 제1 연결부재(120)들을 통해 출력할 수 있다.
이상에서는, 태양전지(110)들의 일 실시예로 PERC(Passivated Emitter and Rear Cell) 형 태양전지를 설명하였으나, 이는 예시적일 뿐 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아님을 알려둔다.
예를 들면, 태양전지(110)들은 후면 전계(Back Surface Field, BSF) 형 태양전지일 수 있다. 이 경우, 태양전지(110)들은, 제1 반도체층(111)과 제2 전극(117) 사이에 개재되며 제1 반도체층(111)의 후면을 전부 덮는 BSF 층을 포함할 수 있다. 상기 BSF 층은 제1 반도체층(111)과 동일한 도전형의 불순물이 제1 반도체층(111)보다 고농도로 도핑된 영역일 수 있다.
다른 예를 들면, 태양전지(110)들은 PERL(Passivated Emitter and Rear Locally diffused) 형 태양전지일 수 있다. 이 경우, 태양전지(110)들은, 복수의 국부 콘택(116)들 상부에 형성되는 국부 BSF 층을 포함할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 태양전지(110)들은 PERT(Passivated Emitter and Rear Totally diffused) 형 태양전지일 수 있다. 이 경우, 태양전지(110)들은, PERL 형 태양전지와 달리, 제1 반도체층(111) 하부에 복수의 국부 콘택(116)들을 노출시키되 패시베이션층(115-1)을 덮도록 형성되는 BSF 층을 포함할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 태양전지(110)들은 TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) 형 태양전지일 수 있다. 이 경우, 태양전지(111)들은, 제1 반도체층(111)과 제2 전극(117) 사이에 개재되며 터널 옥사이드층, 다결정 실리콘, 실리콘 질화막이 적층된 후면 패시베이션 구조체를 포함할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 태양전지(110)들은 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer) 형 태양전지일 수 있다. 이 경우, 태양전지(110)들은, 단결정 실리콘 층의 상면과 하면에 각각 진성 비정질 실리콘 층, 비정질 실리콘 층, 투명 전극이 형성된 이종접합 구조를 포함하는 구조로 대체될 수 있다.
이외에도, 태양전지(110)들은 도 2를 참조하여 설명한 단면 수광형이 아닌 양면 수광형 태양전지일 수 있다. 또한, 태양전지(110)들은 도 2를 참조하여 설명한 단일 p-n 접합형이 아닌 다중 p-n 접합형 태양전지일 수 있다. 또한, 태양전지(110)들은 박막형 태양전지일 수 있다. 이와 같이, 태양전지(110)들은 다양한 형태, 종류의 태양전지들로 구성될 수 있다.
이하, 도 1의 III 영역을 확대한 도면인 도 3을 더 참조하여, 태양전지 모듈(10)의 주요 요소들 간의 전기적 연결 구조에 대해 더 상세히 설명한다.
태양전지 모듈(10)의 태양전지 패널(100)은 태양전지(110)들이 위치하는 제1 영역(A1)과 태양전지(110)들이 위치하지 않는 제2 영역(A2)을 포함한다.
제1 영역(A1)에서는 태양전지(110)들이 복수의 스트링(string) 형태로 배열된다. 여기서, 상기 스트링은 태양전지(110)들이 Y1 방향으로부터 Y2 방향으로 일렬로 배열된 상태에서 서로 전기적으로 연결된 최소의 직렬군을 의미한다. 따라서, 도 1에 도시한 태양전지 모듈(10)은 6개의 스트링들을 구비할 수 있다. 이하에서는, X1 방향으로부터 X2 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되는 복수의 스트링들을 순차적으로 제1 내지 제6 스트링(S1 내지 S6)이라 한다.
제1 내지 제6 스트링(S1 내지 S6) 각각에 배열된 태양전지(110)들은 제1 연결부재들(120-1, 120-2, 120-3, 120-4, 120-5, 120-6) 중 대응하는 제1 연결부재에 의해 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 스트링(S1)을 예로 들어 더 상세히 설명하면, 제1 스트링(S1) 내에서 서로 인접하는 태양전지(110)들 중 어느 하나의 태양전지는 인접한 태양전지와 제1 연결부재(120-1)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 제1 연결부재들(120-1, 120-2, 120-3, 120-4, 120-5, 120-6)은 버스바(bus)라 칭할 수 있으며, 도 2에서는 제1 연결부재들(120-1, 120-2, 120-3, 120-4, 120-5, 120-6)이 4 버스바로 구현된 실시예를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 연결부재들(120-1, 120-2, 120-3, 120-4, 120-5, 120-6)은 6 버스바, 12 버스바로 구현될 수도 있다.
한편, 제1 연결부재들(120-1, 120-2, 120-3, 120-4, 120-5, 120-6)은 각각 제2 영역(A2)(Y1 방향)으로 연장되어, 제2 연결부재들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4) 중 대응하는 제2 연결부재와 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 연결부재들은 대응하는 제2 연결부재와 솔더링 공정 등에 의해 접합됨으로써 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 제1 스트링(S1)의 최상단에 배치된 태양전지와 연결되는 제1 연결부재(120-1)들은 제2 연결부재(130-1)와 연결될 수 있다. 제2 스트링(S2)의 최상단에 배치된 태양전지와 연결되는 제1 연결부재(120-2), 및 제3 스트링(S3)의 최상단에 배치된 태양전지와 연결되는 제1 연결부재(120-3)는 제2 연결부재(130-2)와 연결될 수 있다. 제4 스트링(S4)의 최상단에 배치된 태양전지와 연결되는 제1 연결부재(120-4), 및 제5 스트링(S5)의 최상단에 배치된 태양전지와 연결되는 제1 연결부재(120-5)는 제2 연결부재(130-3)와 연결될 수 있다. 그리고, 제6 스트링(S6)의 최상단에 배치된 태양전지와 연결되는 제1 연결부재(120-6)는 제2 연결부재(130-4)와 연결될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 제1 및 제2 스트링(S1, S2)의 최하단에 배치된 태양전지들과 연결되는 제1 연결부재들, 제3 및 제4 스트링(S3, S4)의 최하단에 배치된 태양전지들과 연결되는 제1 연결부재들, 제5 및 제6 스트링(S5, S6)의 최하단에 배치된 태양전지들과 연결되는 제1 연결부재들은, 각각 Y2 방향으로 연장되어 대응하는 제2 연결부재와 연결될 수 있다.
이에 따라, 제1 내지 제6 스트링(S1 내지 S6)은 직렬로 연결되는 구조를 가질 수 있다.
한편, 제2 연결부재들(130-1 내지 130-4) 각각은 정션박스(200) 내에 형성된 단자들(210-1 내지 210-4) 중 대응하는 단자와 연결될 수 있다. 제2 연결부재들(130-1 내지 130-4) 각각은 대응하는 단자와 솔더링 공정에 의해 접합되거나, 융착(welding) 공정에 의해 융착되는 등의 다양한 방식에 따라 연결될 수 있다. 예컨대, 상기 융착 공정은 레이저 융착, 초음파 융착 등 다양한 융착 공정에 해당할 수 있다.
한편, 정션박스(200)는 단자들(210-1 내지 210-4) 사이에 연결되는 바이패스 다이오드들(BD1 내지 BD3)을 포함할 수 있다. 제1 바이패스 다이오드(BD1)는 단자들(210-1, 210-2) 사이에 연결되고, 제2 바이패스 다이오드(BD2)는 단자들(210-2, 210-3) 사이에 연결되며, 제3 바이패스 다이오드(BD3)는 단자들(210-3, 210-4) 사이에 연결될 수 있다. 바이패스 다이오드들(BD1 내지 BD3)은 제1 내지 제6 스트링(S1 내지 S6) 중 어느 하나에 문제가 발생하는 경우, 전류 전달 경로를 우회시킬 수 있다.
정션박스(200)는 외부 단자들에 연결되는 케이블들(C1, C2)을 통해 이웃하는 태양전지 모듈들의 케이블(또는 도 4 등의 전류측정장치)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈에 포함되는 모니터링 장치 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5는 도 4의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템이, 태양전지 모듈들의 발전량 모니터링을 위한 데이터를 획득하는 동작을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 태양광 발전 시스템은 복수의 태양전지 모듈(10a)들을 포함할 수 있다. 복수의 태양전지 모듈(10a)들은 적어도 하나의 모듈 스트링(예컨대 n개의 모듈 스트링; n은 자연수)으로 구분되고, 상기 적어도 하나의 모듈 스트링 각각은 전류측정장치(400a)와 연결될 수 있다. 모듈 스트링에 포함되는 적어도 하나의 태양전지 모듈(10a)은, 전류측정장치(400a)에 대해 서로 직렬 연결(또는 캐스케이드(cascade) 구조로 연결)될 수 있다. 이에 따라, 동일한 모듈 스트링에 포함되는 태양전지 모듈(10a)들 각각의 전류는 동일할 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 상술한 바와 같이, 태양전지 모듈(10a)은 복수의 스트링들(S1 내지 S6)로 배열되는 복수의 태양전지(110)들을 포함할 수 있다. 복수의 스트링들(S1 내지 S6)은 제1 연결부재들(120-1 내지 120-6) 및 제2 연결부재들(130-1 내지 130-4)에 의해 직렬로 연결될 수 있다.
한편, 본 개시의 실시예에 따른 태양전지 모듈(10a)은, 정션박스(200a) 내에 구비되는 DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c)을 포함할 수 있다. DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c) 각각은 도 3에서 상술한 바이패드 다이오드들(BD1 내지 BD3)과 유사하게, 단자들(210-1 내지 210-4) 사이에 연결됨으로써 스트링들(S1 내지 S6) 중 일부와 병렬 연결될 수 있다. 도 4의 실시예에 따르면, 제1 DC/DC 컨버터(221a)는 제1 스트링(S1) 및 제2 스트링(S2)을 포함하는 제1 셀 스트링(S1+S2)과 병렬 연결될 수 있다. 제2 DC/DC 컨버터(221b)는 제3 스트링(S3) 및 제4 스트링(S4)을 포함하는 제2 셀 스트링(S3+S4)과 병렬 연결될 수 있다. 제3 DC/DC 컨버터(221c)는 제5 스트링(S5) 및 제6 스트링(S6)을 포함하는 제3 셀 스트링(S5+S6)과 병렬 연결될 수 있다. 이에 기초하면, 서로 직렬 연결된 복수의 태양전지(110)들은, DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c)에 의해 복수의 셀 스트링들로 개념적으로 구분될 수 있고, 복수의 셀 스트링들 각각은 복수의 태양전지(110)들 중 연속적으로 연결된 일부의 태양전지(110)를 포함할 수 있다.
DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c) 각각은, 대응하는 셀 스트링에 형성되는 DC 전압을 다른 값의 DC 전압으로 변환할 수 있다. 도 4의 예에 따르면, 제1 DC/DC 컨버터(221a)는 제1 셀 스트링(S1 및 S2)의 태양전지(110)들에 의해 형성되는 DC 전압을 변환할 수 있다. 제2 DC/DC 컨버터(221b)는 제2 셀 스트링(S3 및 S4)의 태양전지(110)들에 의해 형성되는 DC 전압을 변환할 수 있다. 제3 DC/DC 컨버터(221c)는 제3 셀 스트링(S5 및 S6)의 태양전지(110)들에 의해 형성되는 DC 전압을 변환할 수 있다.
실시 예에 따라, DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c)은 최대 전력점 추적(Maximum Power Point Tracking (MPPT)) 기능을 갖는 컨버터로 구현되어, 대응하는 셀 스트링으로부터 제공되는 전력의 효율이 극대화되도록 상기 셀 스트링에 형성되는 DC 전압을 적절한 값의 DC 전압으로 변환할 수 있다.
DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c)이 셀 스트링 단위로 연결됨으로써, 특정 태양전지(110)가 쉐이딩(shading) 등에 의해 정상적으로 기능하지 못하더라도, 이에 따른 영향(발전량 저하)은 상기 특정 태양전지(110)가 포함된 셀 스트링에만 국한될 수 있다. 따라서, 태양전지 모듈(10a)의 전체적인 발전량이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.
실시예에 따라, 태양전지 모듈(10a)은 도 12에 도시된 바와 같이 복수의 정션박스들을 포함할 수도 있다. 이 경우, DC/DC 컨버터들(221a 내지 221c)은 상기 복수의 정션박스들에 분리되어 수용될 수 있고, 모니터링 장치(240)는 상기 복수의 정션박스들 중 어느 하나(예컨대 메인 정션박스)에 수용될 수 있다. 상기 복수의 정션박스들은 케이블을 통해 서로 연결될 수 있다.
한편, 태양전지 모듈(10a)의 발전 전력을 측정하기 위해서는, 태양전지 모듈(10a)의 전압(이하 ‘모듈 전압’으로 정의함) 및 태양전지 모듈(10a)의 전류(이하 ‘모듈 전류’로 정의함)가 측정되어야 한다. 종래의 경우 태양전지 모듈(10a)들이 상기 모듈 전압 및 모듈 전류를 개별적으로 측정하고, 측정된 모듈 전압 및 전류를 인버터나 게이트웨이로 각각 전송하도록 구현되었다. 종래의 방식에 따르면, 태양전지 모듈(10a)들 각각이 상기 모듈 전압 및 모듈 전류를 측정하기 위한 장치를 구비함에 따라 모듈의 원가가 상승할 수 있다. 또한, 태양전지 모듈(10a)들 각각이 상기 인버터나 게이트웨이로 모듈 전압 및 모듈 전류를 전송하므로, 데이터 전송 부하가 상승할 수 있고 데이터의 관리가 비효율적일 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 태양전지 모듈(10a)들 각각은 모듈 전압만을 측정하고, 모듈 전류는 인버터나 게이트웨이 등의 전류측정장치(400a)에서 측정되도록 구현됨으로써, 모듈의 구조가 보다 간단해질 수 있고 데이터의 효율적 관리가 가능해질 수 있다.
이와 관련하여, 본 개시의 실시예에 따른 태양전지 모듈(10a)은 모니터링 장치(240)를 더 포함할 수 있다. 모니터링 장치(240)는 태양전지 모듈(10a)의 정션박스(200a) 내에 구비될 수 있다.
모니터링 장치(240)는 직렬 연결된 복수의 DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c)의 양 단에 연결(병렬 연결)되어, DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c) 각각의 전압의 합에 해당하는 모듈 전압을 측정할 수 있다. 이를 위해, 모니터링 장치(240)는 전압계(voltmeter, 242) 등의 전압 측정기를 포함할 수 있다.
모니터링 장치(240)는 측정된 모듈 전압을 포함하는 모듈 데이터를 전류측정장치(400a)로 전송할 수 있다. 예컨대, 모니터링 장치(240)는 전력선 통신 인터페이스(PLC interface, 244)를 포함하여, 상기 모듈 데이터를 전력선 통신 방식에 따라 전류측정장치(400a)로 전송할 수 있다. 상기 모듈 데이터는 상기 모듈 전압, 태양전지 모듈(10a)의 식별정보(ID, serial number 등), 및/또는 태양전지 모듈(10a)의 온도 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예에 따라 모니터링 장치(240)는 전력선 통신 방식 이외의 다른 유/무선 통신 방식에 따라 상기 모듈 데이터를 전류측정장치(400a)로 전송하도록 구현될 수도 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 태양전지 모듈(10a)들이 모듈 스트링에 포함되어 직렬 연결된 경우, 모니터링 장치(240)는 상기 모듈 데이터(또는 상기 모듈 데이터와 이전 태양전지 모듈(10a)로부터 수신한 모듈 데이터를 결합한 데이터)를 다음 태양전지 모듈(10a)의 모니터링 장치(240)로 전송할 수도 있다. 이 경우, 모듈 스트링의 마지막 태양전지 모듈(10a)에 포함된 모니터링 장치(240)는, 이전 모니터링 장치로부터 상기 모듈 스트링의 다른 태양전지 모듈(10a)들 각각에 대한 모듈 데이터를 수신할 수 있다. 마지막 태양전지 모듈(10a)에 포함된 모니터링 장치(240)는, 해당 태양전지 모듈(10a)에 대한 모듈 데이터 및 상기 수신된 모듈 데이터를 결합한 모듈 스트링 데이터(MSDn; n은 자연수)를 전류측정장치(400a)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 제1 모듈 스트링 데이터(MSD1)는, 제1 모듈 스트링에 포함된 태양전지 모듈(10a)들 각각의 모듈 전압 등을 포함할 수 있다.
다만, 실시예에 따라서는, 태양전지 모듈(10a)(모니터링 장치(240))은 이전 태양전지 모듈(10a)로부터 전송되는 모듈 데이터를 현재 태양전지 모듈(10a)의 모듈 데이터와 함께 전송하지 않고 바이패스(bypass)(또는 증폭 후 바이패스)할 수도 있다. 이 경우, 모듈 스트링에 포함된 태양전지 모듈(10a)들 각각의 모듈 데이터는, 전류측정장치(400a)로 서로 독립적으로 전송될 수도 있다. 이를 위해, 태양전지 모듈(10a)들 각각의 상기 모듈 데이터는 서로 다른 주파수 대역을 통해 전송되거나, 서로 다른 코드로 부호화되어 전송되는 등 각 모듈 데이터의 구분이 가능하도록 전송될 수도 있다.
전류측정장치(400a)는 인버터 또는 게이트웨이 등으로 구현될 수 있다. 전류측정장치(400a)는 모듈 스트링들 각각으로부터 전력 및 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)를 수신할 수 있다. 상기 전력은 모듈 스트링에 포함된 태양전지 모듈(10a)들 각각으로부터 제공되는 전력의 합에 대응할 수 있다.
모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)가 전력선을 통해 전력과 함께 수신되는 경우, 전류측정장치(400a)의 통신장치(410)는, 수신된 전력 및 모듈 스트링 데이터를 분할할 수 있다. 예컨대, 전력선을 통해 수신되는 전력 및 모듈 스트링 데이터는 주파수가 서로 다를 수 있다. 이에 기초하여, 통신장치(410)는 필터 등을 이용하여, 전력선을 통해 수신되는 전력과 모듈 스트링 데이터를 분할할 수 있다. 이러한 통신장치(410)는 전력선 통신 모뎀 등의 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.
전류측정장치(400a)는 상기 분할된 전력으로부터 모듈 스트링의 전류를 측정하는 전류계(412) 등의 전류 측정기를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 전류 측정기는 전류측정장치(400a)에 연결된 모듈 스트링의 수에 대응하도록 구비되어, 모듈 스트링들 각각의 전류를 측정할 수 있다. 실시 예에 따라, 상기 전류 측정기는 상기 모듈 스트링의 수보다 적은 수로 구비될 수도 있다. 이 경우, 전류측정장치(400a)는 적어도 하나의 스위치를 더 포함하여, 적절한 스위칭 제어를 통해 모듈 스트링들 각각의 전류를 순차적으로 측정할 수도 있다.
모듈 스트링에 포함된 태양전지 모듈(10a)들은 직렬 연결되므로, 전류측정장치(400a)에 의해 측정되는 상기 모듈 스트링의 전류는 상기 모듈 스트링에 포함된 태양전지 모듈(10a)들 각각의 모듈 전류에 대응할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 태양전지 모듈(10a)들 각각이 모듈 전류를 측정하도록 구현됨에 따른 부하 낭비나 원가 증가, 데이터 전송 부하 증가와 같은 문제가 효과적으로 해소될 수 있다.
전류측정장치(400a)는 모듈 스트링별로 측정된 전류, 및 수신된 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)를 포함하는 모듈 그룹 데이터(MGD)를 Cloud(서버, 관리자 단말기 등; 500)로 전송할 수 있다. 모듈 그룹은 전류측정장치(400a)와 연결된 모든 태양전지 모듈(10a)들을 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 전류측정장치(400a)와 Cloud(500)는 이더넷(ethernet) 등의 통신 방식에 따라 연결될 수 있다. 이를 위해, 전류측정장치(400a)의 통신장치(410)는 전력선 통신 방식 및 이더넷 통신 방식을 각각 지원하는 모뎀 등으로 구현될 수 있다.
실시예에 따라, 전류측정장치(400a)는 상기 모듈 스트링별로 측정된 전류와, 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)에 포함된 모듈 전압들에 기초하여, 태양전지 모듈(10a)들 각각의 발전량, 모듈 스트링별 발전량, 또는 모듈 그룹의 총 발전량에 대한 정보를 직접 산출하여 Cloud(500)로 전송할 수도 있다.
실시예에 따라, 전류측정장치(400a)가 인버터로 구현되는 경우, 전류측정장치(400a)는 인버터 회로(414)를 더 포함할 수 있다. 상기 인버터 회로(414)는 상기 분할된 전력을 교류 전력으로 변환하여, 그리드(grid) 또는 전자 기기 등으로 제공할 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 7은 도 6의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템이, 태양전지 모듈들의 발전량 모니터링을 위한 데이터를 획득하는 동작을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 도 4 내지 도 5의 실시예와 달리, 태양전지 모듈(10b)은 별도의 모니터링 장치(240)를 포함하지 않도록 구현될 수도 있다. 이에 대신하여, 정션박스(200b) 내에 구비된 DC/DC 컨버터들(222a, 222b, 222c)이 상술한 모니터링 장치로서 기능할 수도 있다. 구체적으로, DC/DC 컨버터들(222a, 222b, 222c) 각각은 전력선 통신 인터페이스(미도시)를 포함하여, 변환된 전압을 포함하는 컨버터 데이터를 전류측정장치(400b)로 전송할 수 있다. 상기 컨버터 데이터는 상기 변환된 전압, DC/DC 컨버터의 식별 정보(ID, serial number 등), 및/또는 온도를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, DC/DC 컨버터들(222a, 222b, 222c)은 직렬 연결되고, 모듈 스트링에 포함된 태양전지 모듈(10a)들 또한 직렬 연결되므로, 모듈 스트링에 포함된 모든 DC/DC 컨버터들 또한 직렬 연결될 수 있다. 이에 따라, DC/DC 컨버터 각각은 상기 컨버터 데이터(또는 상기 컨버터 데이터와 이전 DC/DC 컨버터로부터 수신한 컨버터 데이터를 결합한 데이터)를 다음 DC/DC 컨버터로 전송할 수도 있다. 이 경우, 모듈 스트링의 마지막 DC/DC 컨버터(222a)는, 상기 모듈 스트링의 다른 DC/DC 컨버터들 각각에 대한 컨버터 데이터를 수신할 수 있다. 상기 모듈 스트링의 마지막 DC/DC 컨버터(222a)는, 변환된 전압을 포함하는 컨버터 데이터 및 상기 수신된 컨버터 데이터를 포함하는 모듈 스트링 데이터(DCDn; n은 자연수)를 전류측정장치(400b)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 제1 모듈 스트링 데이터(DCD1)는, 제1 모듈 스트링에 포함된 복수의 DC/DC 컨버터들 각각의 전압, 식별정보, 온도 등을 포함할 수 있다.
전류측정장치(400b)는, 전력선을 통해 모듈 스트링들 각각으로부터 전력 및 모듈 스트링 데이터(DCD1 내지 DCDn)를 수신할 수 있다. 상기 전력은 모듈 스트링에 포함된 태양전지 모듈(10b)들 각각으로부터 제공되는 전력의 합에 대응할 수 있다.
전류측정장치(400b)의 통신장치(410)는 수신된 전력 및 모듈 스트링 데이터를 분할할 수 있다. 전류측정장치(400b)는 상기 분할된 전력으로부터 모듈 스트링의 전류(모듈 전류에 대응)를 측정하는 전류계(412) 등의 전류 측정기를 포함할 수 있다. 통신장치(410) 및 전류 측정기에 대해서는 도 4 내지 도 5에서 상술한 바 있으므로, 중복 설명은 생략하기로 한다.
전류측정장치(400b)는 수신된 모듈 스트링 데이터(DCDn)에 포함된 DC/DC 컨버터들 각각의 전압에 기초하여, 태양전지 모듈(10b) 각각의 모듈 전압을 산출하는 전압 산출기(416)를 더 포함할 수 있다. 전압 산출기(416)는, DC/DC 컨버터들 각각의 식별정보에 기초하여 DC/DC 컨버터들을 태양전지 모듈(10b)별로 구분하고, 각 태양전지 모듈(10b)에 포함된 DC/DC 컨버터들의 전압을 합산하여 상기 모듈 전압을 산출할 수 있다. 실시예에 따라, 전압 산출기(416)는 상기 DC/DC 컨버터들 각각의 전압을 모두 합산하여, 모듈 스트링 전압을 산출할 수도 있다.
전류측정장치(400b)는 모듈 스트링별로 측정된 전류, 태양전지 모듈(10b)들 각각의 모듈 전압(또는 모듈 스트링들 각각의 전압), 및 수신된 모듈 스트링 데이터(DCD1 내지 DCDn)를 포함하는 모듈 그룹 데이터(MGD)를 Cloud(500)로 전송할 수 있다. 실시 예에 따라, 전류측정장치(400b)는 태양전지 모듈(10b) 각각에 대해 산출된 모듈 전압과, 수신된 모듈 스트링 데이터(DCD1 내지 DCDn)를 이용하여, 도 4 내지 도 5에서 상술한 바와 같은 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)를 생성 및 전송할 수도 있다.
한편, 본 개시의 실시예에 따르면, 데이터의 불필요한 전송 부하 증가 방지와 효율적 관리, 및 통신 간섭의 최소화를 위해, 모니터링 장치(240)(또는 DC/DC 컨버터)는 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)를 기설정된 주기나 타이밍 등에 따라 전류측정장치(400a 또는 400b)로 전송할 수 있다. 이와 관련된 다양한 실시예들에 대해 이하 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.
도 8 내지 도 10 각각은, 모듈 스트링 데이터 또는 DC-DC 컨버터 데이터가 태양전지 모듈들로부터 전류측정장치로 전송되는 실시예들을 나타낸 타이밍도들이다.
도 8 내지 도 9를 참조하면, 전류측정장치(400a 또는 400b)는 모듈 스트링들 각각으로 주기적으로 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)를 전송할 수 있다. 모듈 스트링들 각각에 포함된 모니터링 장치(240) 또는 DC/DC 컨버터들(222a, 222b, 222c)은, 상기 신호에 응답하여 전압을 포함하는 데이터(모듈 데이터 또는 컨버터 데이터)를 전송(예컨대 순차 전송)할 수 있다. 이에 따라, 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)가 전류측정장치(400a 또는 400b)로 전송될 수 있다.
예컨대 도 8 내지 도 9의 실시예에 따른 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)는 rapid shutdown 기능과 관련하여 인버터로부터 DC/DC 컨버터로 주기적으로 전송되는 신호일 수 있다. 모니터링 장치(240)는 전력선을 통해 DC/DC 컨버터 및 인버터(전류측정장치)와 연결되므로, 상기 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)를 수신하여 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)를 전송할 수 있다. 다만, 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니고, 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)의 전송을 제어하기 위해 출력되는 다양한 신호를 포함할 수 있다.
이에 기초하여 도 8의 (a) 내지 (b)를 참조하면, 전류측정장치(400a 또는 400b)는 모듈 스트링들 각각에 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)를 동시에 전송할 수 있다. 모듈 스트링들 각각에 포함된 태양전지 모듈(10a 또는 10b)들 각각은, 상기 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)에 응답하여 모듈 전압(또는 DC/DC 컨버터의 변환된 전압)을 포함하는 데이터를 다음 태양전지 모듈로 전송할 수 있다. 모듈 스트링의 마지막 태양전지 모듈(10a 또는 10b)은 상기 모듈 스트링에 포함된 태양전지 모듈들의 모듈 전압(또는 DC/DC 컨버터의 변환된 전압)을 포함하는 모듈 스트링 데이터(MSDn 또는 DCDn)를 전류측정장치(400a 또는 400b)로 전송할 수 있다. 이 때, 모듈 스트링들 각각에 별도의 지연 시간이 설정되지 않거나 동일한 지연 시간이 설정된 경우, 전류측정장치(400a 또는 400b)가 모듈 스트링들의 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)를 수신하는 시점은 동일(또는 적어도 일부가 오버랩)할 수 있다.
모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)는 다음 신호와의 중첩을 방지하기 위해, 다음 신호의 출력 시점 이전에 전송될 수 있다. 또한, 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)는 도 8의 (a)와 같이 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)의 수신 시마다 전송될 수 있으나, 실시예에 따라서는 도 8의 (b)와 같이 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)가 기설정된 횟수만큼 수신될 때 전송될 수도 있다.
한편, 도 9의 실시예들을 참조하면, 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)의 동시 수신에 따른 통신장치(410)의 부하를 저감시키고, 모듈 스트링 데이터를 효율적으로 관리 및 처리하기 위해, 전류측정장치(400a 또는 400b)는 모듈 스트링들의 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)를 서로 다른 시점에 수신할 수도 있다.
예컨대, 모듈 스트링들 각각에는 상기 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)에 대해 서로 다른 지연 시간이 설정될 수 있다. 이 경우, 도 9의 (a)와 같이 모듈 스트링들 각각으로 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)가 동시에 전송되면, 모듈 스트링들 각각은 설정된 지연 시간의 경과 후 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)를 전송할 수 있다. 이에 따라, 전류측정장치(400a 또는 400b)의 통신장치(410)는 모듈 스트링들의 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)를 순차적으로 수신할 수 있다.
도 9의 (b)에 도시된 실시예를 참조하면, 전류측정장치(400a 또는 400b)는 모듈 스트링들 각각으로 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)를 서로 다른 시점에 전송함으로써, 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)를 서로 다른 시점에 수신할 수 있다.
한편, 도 10의 실시예들을 참조하면, 모듈 스트링들(태양전지 모듈(10a 또는 10b)들)은 전류측정장치(400a 또는 400b)로부터 별도의 주기적인 신호를 수신하지 않고도, 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)를 주기적으로 전류측정장치(400a 또는 400b)로 전송할 수 있다. 예를 들어 태양광 발전 시스템에 rapid shutdown 기능이 구비되지 않는다면, 전류측정장치(인버터)는 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)를 주기적으로 출력하지 않을 수 있다. 이 경우, 모듈 스트링들은 전류측정장치(400a 또는 400b)로부터 특정 신호(예컨대 초기 신호(Initiation))를 수신한 후, 또는 전원이 온 된 후, 기설정된 전송 주기에 따라 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)를 전류측정장치(400a 또는 400b)로 전송할 수 있다. 상기 전송 주기는 태양전지 모듈들의 설치 환경이나 운영 환경 등에 따라 관리자에 의해 또는 자동으로 가변될 수 있다.
예컨대, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 모듈 스트링들은 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)를 동일한 시점에 전송할 수 있다. 또는, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 모듈 스트링들은 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn)를 서로 다른 시점(시간 간격은 동일할 수 있음)에 전송할 수도 있다.
도 10의 실시예에 따르면, 도 8 내지 도 9와 달리 전력선을 통해 송수신되는 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)와 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn, 또는 DCD1 내지 DCDn) 간의 중첩을 고려하지 않을 수 있으므로, 모듈 스트링 데이터의 전송 타이밍을 보다 자유롭게 설정할 수 있다.
이하, 도 11 내지 도 14를 통해, 본 개시의 기술적 사상에 기초한 태양광 발전 시스템의 다양한 변형 예들을 설명한다.
도 11은 태양전지 모듈들과 연결되도록 구현되는 모니터링 장치 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 모니터링 장치(1100-1 내지 1100-n)는 도 4의 실시 예와 달리 태양전지 모듈(10c)의 외부에 구비되는 외장형 모니터링 장치로 구현될 수 있다. 상기 외장형 모니터링 장치는 도 4의 실시예와 유사하게 태양전지 모듈(10c) 각각의 양 단에 연결되도록 제공될 수 있으나, 도 11에 도시된 바와 같이 모듈 스트링들 각각의 양 단에 연결되도록 제공될 수도 있다. 이 경우, 모니터링 장치(1100-1 내지 1100-n)의 수는 모듈 스트링의 수에 대응할 수 있다.
모니터링 장치(1100-1 내지 1100-n)가 모듈 스트링들 각각의 양 단에 연결되도록 제공되는 경우, 모니터링 장치(1100-1 내지 1100-n) 각각은 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)에 응답하여, 연결된 모듈 스트링의 전압을 측정할 수 있다. 모니터링 장치(1100-1 내지 1100-n)는 측정된 모듈 스트링의 전압을 포함하는 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)를 전류측정장치(400a)로 전송할 수 있다. 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)는 도 8 내지 도 10의 실시예에 기초하여 전류측정장치(400a)로 전송될 수 있다.
전류측정장치(400a)는 전력선을 통해 모듈 스트링들 각각의 전력 및 모듈 스트링 데이터를 수신할 수 있다. 전류측정장치(400a)는 수신된 전력에 기초하여 모듈 스트링들 각각의 모듈 전류를 측정하고, 측정된 모듈 전류와 상기 모듈 스트링 데이터를 포함하는 모듈 그룹 데이터(MGD)를 Cloud(500)로 전송할 수 있다. 전류측정장치(400a)의 동작은 도 4 내지 도 5에서 상술한 동작과 유사한 바, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 11의 실시예에 따르면, 모니터링 장치(1100-1 내지 1100-n)는 외장 형태로 제공되므로, 기 설치된 기존의 태양광 발전 시스템에도 용이하게 제공될 수 있다. 또한, 상기 기존의 태양광 발전 시스템의 전류측정장치(인버터 또는 게이트웨이)가 전류 측정기(전류계(412) 등))을 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 전류 측정기가 전류측정장치에 추가 설치되고 펌웨어(firmware) 등의 소프트웨어가 업데이트됨으로써, 본 개시의 기술적 사상을 갖는 태양광 발전 시스템이 제공될 수 있다.
도 12는 하프-컷 셀 태양전지 모듈에 포함되는 모니터링 장치 및 그를 포함하는 태양광 발전 시스템의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 태양전지 모듈(10d)의 태양전지(110a)들은, 단위 태양전지를 서로 대칭되는 형상을 갖는 복수의 부분들로 분할하여 형성한 분할 태양전지들일 수 있다. 예를 들어, 태양전지(110a)들은 단위 태양전지를 반으로 분할하여 형성한 분할된 태양전지들일 수 있다. 이 경우, 상기 분할된 태양전지들은 하프 셀 또는 하프-컷 셀 등으로 칭할 수 있고, 태양전지 모듈(10d)은 하프 셀 태양전지 모듈 또는 하프-컷 셀 태양전지 모듈로 칭할 수 있다.
예컨대, 태양전지 모듈(10d)의 태양전지(110a)들은 제1 셀 그룹(11a)과 제2 셀 그룹(11b)으로 구분될 수 있다. 제1 셀 그룹(11a)에 포함된 태양전지(110a)들은 직렬 연결되고, 제2 셀 그룹(11b)에 포함된 태양전지(110a)들은 직렬 연결될 수 있다. 제1 셀 그룹(11a)과 제2 셀 그룹(11b)은 태양전지 패널(100; 도 1 참조) 상에 서로 대칭 형태로 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
태양전지 모듈(10d)은 복수의 정션박스(J1, J2, J3)에 분리되어 수용되는 DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 정션박스(J1)는 모니터링 장치(240)가 함께 수용되는 메인 정션박스에 해당하고, 제2 정션박스(J2) 및 제3 정션박스(J3)는 서브 정션박스에 해당할 수 있다. 다만, 실시예에 따라 태양전지 모듈(10d)은 하나의 정션박스만을 포함할 수도 있다.
DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c) 각각은 도 4에서 상술한 바와 유사한 형태로 태양전지(110a)들과 연결될 수 있다. 구체적으로, DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c) 각각은 제1 셀 그룹(11a)에 포함된 복수의 태양전지(110a)들이 복수의 셀 스트링들로 구분되도록 상기 복수의 셀 스트링들 중 어느 하나와 병렬 연결될 수 있다. 또한, DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c) 각각은 제2 셀 그룹(11b)에 포함된 복수의 태양전지(110a)들이 복수의 셀 스트링들로 구분되도록 상기 복수의 셀 스트링들 중 어느 하나와 병렬 연결될 수 있다. 도 12에서는 복수의 DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c) 각각이 제1 셀 그룹(11a)의 태양전지들 중 일부, 및 제2 셀 그룹(11b)의 태양전지들 중 일부와 각각 연결된 것으로 도시되어 있으나, 실시 예에 따라 상기 복수의 DC/DC 컨버터들 각각은 제1 셀 그룹(11a)과 제2 셀 그룹(11b) 중 어느 하나의 셀 그룹에 포함된 태양전지들 중 일부에만 연결될 수도 있다.
모니터링 장치(240)는 직렬 연결된 복수의 DC/DC 컨버터들(221a, 221b, 221c)의 양 단에 연결(병렬 연결)되어, 태양전지 모듈(10d)의 모듈 전압을 측정할 수 있다. 모니터링 장치(240)는 측정된 모듈 전압을 포함하는 모듈 데이터를 전류측정장치(400a)로 전송할 수 있다. 도 4에서 상술한 바와 같이, 모듈 스트링의 마지막 태양전지 모듈(10d)에 포함된 모니터링 장치(240)는, 상기 모듈 스트링의 태양전지 모듈(10d)들 각각에 대한 모듈 전압을 포함하는 모듈 스트링 데이터(MSDn)를 전류측정장치(400a)로 전송할 수 있다.
전류측정장치(400a)는 모듈 스트링들 각각으로부터 전력 및 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)를 수신하고, 수신된 전력으로부터 모듈 스트링들 각각의 모듈 전류를 측정할 수 있다. 전류측정장치(400a)는 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn) 및 측정된 모듈 스트링별 모듈 전류를 포함하는 모듈 그룹 데이터(MGD)를 Cloud(500)로 전송할 수 있다.
도 13 내지 도 14는 복수의 게이트웨이들을 이용하여 태양전지 모듈들의 발전량 모니터링을 위한 데이터를 획득하도록 구현되는 태양광 발전 시스템의 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 13 내지 도 14를 참조하면, 태양광 발전 시스템은 모듈 스트링들에 대응하는 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n, n은 자연수)을 포함할 수 있다. 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n) 각각은, 상기 모듈 스트링들 중 대응하는 어느 하나의 모듈 스트링과 연결되어, 모듈 스트링 데이터를 수신할 수 있다. 상기 모듈 스트링 데이터는 도 4 내지 도 12에 도시된 실시예에 따른 모듈 스트링 데이터에 해당할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n) 각각은 연결된 모듈 스트링으로 도 4 등에 도시된 신호(ALIVE1 내지 ALIVEn)를 전송할 수 있다.
스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n) 각각은, 연결된 모듈 스트링으로부터 수신되는 전력 및 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)를 분리할 수 있다. 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n) 각각은, 분리된 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)를 메인 게이트웨이(1500)로 전송할 수 있다.
구체적으로, 도 13의 실시예에 따르면, 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n)은 캐스케이드(cascade) 구조로 연결되고, 마지막 스트링 게이트웨이(1300-n)만이 메인 게이트웨이(1500)와 연결될 수 있다. 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n) 및 메인 게이트웨이(1500)는 이더넷 등의 통신 방식에 따라 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 스트링 게이트웨이(1300-1)는 제1 모듈 스트링 데이터(MSD1)를 제2 스트링 게이트웨이로 전송할 수 있다. 제1 스트링 게이트웨이(1300-1) 및 마지막 스트링 게이트웨이(1300-n)를 제외한 스트링 게이트웨이들 각각은, 이전 스트링 게이트웨이로부터 수신되는 적어도 하나의 모듈 스트링 데이터와, 연결된 모듈 스트링으로부터 수신되는 모듈 스트링 데이터를 다음 스트링 게이트웨이로 전송할 수 있다. 마지막 스트링 게이트웨이(1300-n)는 태양광 발전 시스템에 포함된 모듈 스트링들의 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)를 메인 게이트웨이(1500)로 전송할 수 있다.
반면, 도 14의 실시예에 따르면, 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n) 각각은 메인 게이트웨이(1500)와 직접 연결될 수도 있다. 예컨대, 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n) 및 메인 게이트웨이(1500)가 무선 통신 방식을 지원하는 경우, 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n) 각각은 상기 무선 통신 방식에 따라 메인 게이트웨이(1500)와 직접 연결될 수 있다. 메인 게이트웨이(1500)는 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n) 각각으로부터 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)를 수신할 수 있다.
도 13과 도 14를 계속 참조하면, 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n) 각각은 분리된 전력을 인버터(1400)로 제공할 수 있다. 인버터(1400)는 수신된 전력을 교류 전력으로 변환하여 그리드 등으로 제공할 수 있다. 또한, 인버터(1400)는 모듈 스트링들 각각으로부터 제공되는 전력에 기초하여 모듈 스트링들 각각의 모듈 전류를 측정하고, 측정된 모듈 전류를 포함하는 데이터를 메인 게이트웨이(1500)로 전송할 수 있다. 이 경우, 인버터(1400)는 도 4 등에서 상술한 전류측정장치(400a)에 해당할 수 있다.
다만, 실시 예에 따라서는 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n) 각각이 전류 측정기(전류계 등)을 포함할 수도 있다. 이 경우, 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n) 각각은 모듈 스트링으로부터 제공되는 전력에 기초하여 모듈 전류를 측정하고, 측정된 모듈 전류와 모듈 스트링 데이터를 메인 게이트웨이(1500)로 전송할 수도 있다. 이 경우, 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n)이 전류측정장치(400a)에 해당할 수 있다.
메인 게이트웨이(1500)는 수신된 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn) 및 모듈 전류를 포함하는 모듈 그룹 데이터(MGD)를 Cloud(500)로 전송할 수 있다. 메인 게이트웨이(1500)는 Cloud(500)와 이더넷 통신 방식 등에 따라 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
태양광 발전 시스템이 산업용 태양광 발전소로 구현되어 넓은 면적을 갖는 장소에 설치될 경우, 태양전지 모듈들과 게이트웨이(또는 인버터) 간의 거리가 증가함에 따라 데이터 전송률이 낮아지거나 전송 전력이 증가하게 될 수 있다. 도 14 및 도 15의 실시예에 따르면, 태양광 발전 시스템은 태양전지 모듈(10a)들과 메인 게이트웨이(1500) 및 인버터(1400) 사이에 연결되는 스트링 게이트웨이들(1300-1 내지 1300-n)을 포함함으로써, 모듈 스트링 데이터(MSD1 내지 MSDn)의 전송률을 향상시키고 전송 전력의 효율화를 가능하게 한다.
상기한 실시 예들의 설명은 본 개시의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것들에 불과하므로, 본 개시의 기술적 사상을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다.
또한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 개시의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
Claims (20)
- 복수의 태양전지들을 각각 포함하는 복수의 태양전지 모듈들;
상기 복수의 태양전지 모듈들 중 대응하는 태양전지 모듈의 모듈 전압을 측정하는 적어도 하나의 모니터링 장치; 및
상기 적어도 하나의 모니터링 장치로부터 상기 측정된 모듈 전압을 수신하고, 상기 복수의 태양전지 모듈들과 전력선을 통해 연결되어 상기 복수의 태양전지 모듈들의 모듈 전류를 측정하는 전류측정장치를 포함하는,
태양광 발전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 태양전지 모듈들은 적어도 하나의 모듈 스트링으로 구분되고,
동일한 모듈 스트링에 포함되는 태양전지 모듈들은 상기 전류측정장치에 대해 직렬 연결되고,
상기 전류측정장치는,
상기 적어도 하나의 모듈 스트링의 전류를 측정함으로써 상기 모듈 전류를 측정하는,
태양광 발전 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모니터링 장치는,
상기 대응하는 태양전지 모듈의 모듈 전압을 측정하는 전압 측정기; 및
상기 측정된 모듈 전압을 포함하는 모듈 데이터를, 전력선을 통해 상기 전류측정장치 또는 다른 모니터링 장치로 전송하는 전력선 통신 인터페이스를 포함하는,
태양광 발전 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 전류측정장치는,
상기 적어도 하나의 모듈 스트링으로부터, 적어도 하나의 모듈 데이터를 포함하는 모듈 스트링 데이터 및 전력을 수신하고, 수신된 모듈 스트링 데이터와 전력을 분리하는 통신 장치; 및
상기 분리된 전력에 기초하여 대응하는 모듈 스트링의 전류를 측정하는 전류 측정기를 포함하는,
태양광 발전 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 전류측정장치는 상기 적어도 하나의 모듈 스트링으로 신호를 전송하고,
상기 적어도 하나의 모니터링 장치는,
상기 신호에 응답하여, 상기 모듈 데이터를 상기 전류측정장치 또는 다른 모니터링 장치로 전송하고,
상기 전류측정장치는, 상기 적어도 하나의 모듈 스트링으로부터, 적어도 하나의 모듈 데이터를 포함하는 모듈 스트링 데이터를 수신하는,
태양광 발전 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모듈 스트링은 복수개이고,
상기 전류측정장치는,
상기 복수의 모듈 스트링들 각각으로 동시에 신호를 전송하고,
상기 복수의 모듈 스트링들 각각의 모듈 스트링 데이터의 수신 시점은 적어도 일부가 오버랩되는,
태양광 발전 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모듈 스트링은 복수개이고,
상기 전류측정장치는,
상기 복수의 모듈 스트링들 각각의 모듈 스트링 데이터를 서로 다른 시점에 수신하는,
태양광 발전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모니터링 장치는,
대응하는 태양전지 모듈의 정션박스(junction box) 에 포함되는,
태양광 발전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 태양전지 모듈들은,
정션박스에 포함되고, 상기 복수의 태양전지들에 셀 스트링 단위로 연결되는 적어도 하나의 DC/DC 컨버터를 포함하고,
상기 셀 스트링은 상기 복수의 태양전지들 중 연속적으로 연결된 적어도일부의 태양전지를 포함하는,
태양광 발전 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모니터링 장치는 상기 적어도 하나의 DC/DC 컨버터를 포함하고,
상기 적어도 하나의 DC/DC 컨버터는,
변환된 전압을 포함하는 컨버터 데이터를 상기 전류측정장치로 전송하기 위한 전력선 통신 인터페이스를 포함하는,
태양광 발전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 태양전지 모듈들은 적어도 하나의 모듈 스트링으로 구분되고,
상기 태양광 발전 시스템은,
상기 적어도 하나의 모듈 스트링에 연결되는 적어도 하나의 스트링 게이트웨이; 및
상기 적어도 하나의 스트링 게이트웨이와 연결되는 메인 게이트웨이를 더 포함하고,
상기 전류측정장치는,
상기 적어도 하나의 스트링 게이트웨이로부터 수신되는 전력에 기초하여 상기 적어도 하나의 모듈 스트링의 전류를 측정하고,
상기 복수의 태양전지 모듈들의 모듈 전류는, 대응되는 모듈 스트링에 대해 측정된 전류인,
태양광 발전 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스트링 게이트웨이는 복수개이고,
상기 복수의 스트링 게이트웨이들은 캐스케이드(cascade) 구조로 연결되고,
상기 메인 게이트웨이는 상기 복수의 스트링 게이트웨이들 중 어느 하나와 연결되어, 상기 복수의 모듈 스트링들 각각의 모듈 스트링 데이터를 수신하고,
상기 모듈 스트링 데이터는,
대응하는 모듈 스트링에 포함된 적어도 하나의 태양전지 모듈의 모듈 전압을 포함하는,
태양광 발전 시스템. - 복수의 태양전지 모듈들의 모듈 전압을 측정하는 단계;
상기 복수의 태양전지 모듈들로부터 발생하는 전력, 및 상기 측정된 모듈 전압을 포함하는 모듈 데이터를 전류측정장치로 전송하는 단계; 및
상기 전류측정장치가, 수신된 전력에 기초하여 상기 복수의 태양전지 모듈들의 모듈 전류를 측정하는 단계를 포함하는,
태양광 발전 시스템의 모니터링 방법. - 제13항에 있어서,
상기 모듈 전압을 측정하는 단계는,
상기 복수의 태양전지 모듈들에 대응하는 모니터링 장치가, 전압 측정기를 이용하여 상기 모듈 전압을 측정하는 단계를 포함하고,
상기 전송하는 단계는,
상기 모니터링 장치가, 상기 측정된 모듈 전압을 포함하는 상기 모듈 데이터를 전력선 통신을 통해 상기 전류측정장치로 전송하는 단계를 포함하는,
태양광 발전 시스템의 모니터링 방법. - 제14항에 있어서,
상기 복수의 태양전지 모듈들은 적어도 하나의 모듈 스트링으로 구분되고,
상기 적어도 하나의 모듈 스트링 각각에 포함되는 적어도 하나의 태양전지 모듈은 상기 전류측정장치에 대해 직렬 연결되고,
상기 모듈 전류를 측정하는 단계는,
상기 전류측정장치가, 상기 적어도 하나의 모듈 스트링의 전류를 측정함으로써 상기 복수의 태양전지 모듈들의 모듈 전류를 측정하는 단계를 포함하는,
태양광 발전 시스템의 모니터링 방법. - 제15항에 있어서,
상기 모듈 전류를 측정하는 단계는,
상기 적어도 하나의 모듈 스트링으로부터, 적어도 하나의 모듈 데이터를 포함하는 모듈 스트링 데이터 및 전력을 상기 전력선을 통해 수신하는 단계;
상기 전력선을 통해 수신된 전력과 상기 모듈 스트링 데이터를 분리하는 단계; 및
상기 분리된 전력에 기초하여 대응하는 모듈 스트링의 전류를 측정하는 단계를 포함하는,
태양광 발전 시스템의 모니터링 방법. - 태양전지 모듈에 포함된 복수의 태양전지들의 양 단에 연결되어, 상기 태양전지 모듈의 모듈 전압을 측정하는 전압 측정기; 및
측정된 모듈 전압을 포함하는 모듈 데이터를, 상기 태양전지 모듈과 연결된 전류측정장치로 전송하는 통신 인터페이스를 포함하는,
태양광 발전 시스템의 모니터링 장치. - 제17항에 있어서,
상기 통신 인터페이스는,
상기 태양전지 모듈과 상기 전류측정장치 사이의 전력선에 연결되어, 전력선 통신을 통해 상기 모듈 데이터를 상기 전류측정장치 또는 다른 모니터링 장치로 전송하는 전력선 통신 인터페이스를 포함하는,
태양광 발전 시스템의 모니터링 장치. - 제17항에 있어서,
상기 모니터링 장치는,
상기 태양전지 모듈의 정션박스에 포함되는,
태양광 발전 시스템의 모니터링 장치. - 제17항에 있어서,
상기 통신 인터페이스는,
상기 전류측정장치로부터 전송되는 신호를 수신하고,
수신된 신호에 응답하여 상기 모듈 데이터를 상기 전류측정장치 또는 다른 모니터링 장치로 전송하는,
태양광 발전 시스템의 모니터링 장치.
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