KR20220049859A - 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치 - Google Patents

태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치는 서로 직렬 연결된 다수의 태양광 셀을 포함하는 태양광 모듈; 상기 태양광 모듈과 연결되는 바이패스 다이오드; 상기 바이패스 다이오드를 통해 흐르는 전류를 검출하는 센서부; 및 상기 전류의 검출 여부에 따라 상기 태양광 모듈의 손상 여부를 판단하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치{An apparatus for detecting the shading and failure of solar modules}
본 발명은 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 모듈과 연결된 다이오드의 전류를 측정하여 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치에 관한 것이다.
태양광 모듈(PV(PhotoVoltaic) Module)의 수명은 설치방식 및 설치환경에 따라서도 내구성에 문제점을 나타내고 있지만, 그보다 더 중요한 사실은 태양광 모듈의 구성 재료 및 제조공정에 따라서 많은 문제점이 제기되고 있다.
그동안 태양광 모듈 성능평가 기준 확립 및 인증제도 도입에 의해 엄격한 심사기준으로 보급 사업에 설치되고 있지만, 현재까지 설치된 태양광 모듈은 내구성 평가를 수행하지 못하고, 발전 성능에만 의존되어 설치 및 보급되었다.
특히, 종래의 태양광발전 시스템에서는 PV 모듈 어레이(Module Array)(PV 모듈을 여러개 직렬로 연결된 군)에서만 이상 유무를 검출하기 때문에, 태양광 모듈 고장시 직접적으로 어떤 태양광 모듈이 고장이 발생되었는지 알 수가 없다. 이러한 경우 태양광발전 시스템 관리 측면에서 태양광모듈 고장을 사전에 처리하지 못했을 경우, 태양광 발전 시스템이 정상적으로 동작하지 않아 발생하는 경제적 손실과 시스템에 무리를 줄 수 있는 문제점이 발생되었다.
[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-2159057호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 바이패스 다이오드를 통해 흐르는 전류의 검출 여부에 따라 상기 태양광 모듈의 손상 여부를 판단하기 위한 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치는 서로 직렬 연결된 다수의 태양광 셀을 포함하는 태양광 모듈; 상기 태양광 모듈과 연결되는 바이패스 다이오드; 상기 바이패스 다이오드를 통해 흐르는 전류를 검출하는 센서부; 및 상기 전류의 검출 여부에 따라 상기 태양광 모듈의 손상 여부를 판단하는 제어부;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 다수의 태양광 셀 중 적어도 하나가 손상되지 않는 경우, 상기 태양광 모듈에 의해 출력되는 전류는 상기 바이패스 다이오드를 통해 흐르지 않고, 상기 다수의 태양광 셀 중 적어도 하나가 손상되는 경우, 상기 태양광 모듈에 의해 출력되는 전류는 상기 바이패스 다이오드를 통해 흐를 수 있다.
실시예에서, 상기 다수의 태양광 셀 중 적어도 하나가 손상되지 않는 경우, 상기 바이패스 다이오드를 통해 흐르는 전류는 상기 센서부에 의해 검출되지 않고, 상기 다수의 태양광 셀 중 적어도 하나가 손상되는 경우, 상기 바이패스 다이오드를 통해 흐르는 전류는 상기 센서부에 의해 검출될 수 있다.
실시예에서, 상기 제어부는, 상기 전류가 검출되는 경우, 상기 태양광 모듈이 손상됨을 결정하고, 상기 전류가 검출되지 않는 경우, 상기 태양광 모듈이 손상되지 않음을 결정할 수 있다.
실시예에서, 상기 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치는 상기 태양광 모듈의 손상 여부에 따라 온오프(on-off)되는 광원부;를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 태양광 모듈은, 상기 다수의 태양광 셀 각각과 병렬 연결된 다수의 스위치를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 다수의 태양광 셀 중 적어도 하나가 손상되는 경우, 상기 다수의 스위치 각각은 순차적으로 온오프(on-off)하고, 상기 제어부는, 상기 다수의 스위치 각각의 온오프에 따라 상기 태양광 모듈에 의해 출력되는 전압값을 측정하고, 상기 전압값들 중 상이한 전압값에 대응하는 스위치에 병렬로 연결된 태양광 셀을 손상된 태양광 셀로 결정할 수 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 태양광 모듈 손상 시 직접적으로 어떤 태양광 모듈에 손상이 발생되었는지를 확인할 수 있다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 고장 감지 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단부의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 고장 감지 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 다른 고장 감지 시스템을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 적용에 따른 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 고장 감지 장치를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 고장 감지 장치(100)를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 고장 감지 장치(100)는 서로 직렬 연결된 다수의 태양광 셀(110)을 포함하는 태양광 모듈(120), 바이패스 다이오드(130), 센서부(140) 및 진단부(150)를 포함할 수 있다.
태양광 셀(110)은 태양광을 제공받아 태양광 발전을 수행할 수 있다. 태양광 모듈(120)은 태양광 셀(110)에 의한 태양광 발전을 통해 전류를 출력할 수 있다. 태양광 모듈(120)에 포함된 태양광 셀(110)의 개수는 제한되지 않으며 다양하게 구성될 수 있다.
바이패스 다이오드(130)는 태양광 모듈(120)과 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 다수의 태양광 셀(110) 중 적어도 하나가 손상되지 않는 경우, 태양광 모듈(120)에 의해 출력되는 전류는 바이패스 다이오드(130)를 통해 흐를 수 있다. 반면, 다수의 태양광 셀(110) 중 적어도 하나가 손상되는 경우, 태양광 모듈(120)에 의해 출력되는 전류는 바이패스 다이오드(130)를 통해 흐르지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 하나의 태양광 모듈(120)은 하나의 바이패스 다이오드(130)와 병렬 연결될 수 있다. 또한, 고장 감지 장치(100)는 다수의 태양광 모듈(120)을 포함할 수 있다. 이 경우, 각 태양광 모듈(120)은 대응하는 각 바이패스 다이오드(130)와 병렬 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 바이패스 다이오드(130)는 정션박스 내부에 포함될 수 있다.
센서부(140)는 바이패스 다이오드(130)를 통해 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 다수의 태양광 셀(110) 중 적어도 하나가 손상되지 않는 경우, 바이패스 다이오드(130)를 통해 흐르는 전류는 센서부(140)에 의해 검출되지 않을 수 있다. 반면, 다수의 태양광 셀(110) 중 적어도 하나가 손상되는 경우, 바이패스 다이오드(130)를 통해 흐르는 전류는 센서부(140)에 의해 검출될 수 있다.
진단부(150)는 상기 전류의 검출 여부에 따라 태양광 모듈(120)의 손상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 태양광 모듈(120)의 손상은 태양광 셀(110)의 음영, 적설, 오염 또는 고장과 같은 상태를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 바이패스 다이오드(130)를 통해 흐르는 전류가 검출되는 경우, 진단부(150)는 태양광 모듈(120)이 손상됨을 결정할 수 있다. 반면, 바이패스 다이오드(130)를 통해 흐르는 전류가 검출되지 않는 경우, 진단부(150)는 태양광 모듈(120)이 손상되지 않음을 결정할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 태양광 모듈(120) 손상 시 직접적으로 어떤 태양광 모듈(120)에 손상이 발생되었는지를 확인할 수 있다.
도 1을 참고하면, 고장 감지 장치(100)는 태양광 셀(110), 태양광 모듈(120), 바이패스 다이오드(130), 센서부(140) 및 진단부(150)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예들에서 고장 감지 장치(100)는 도 1에 설명된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 1에 설명된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단부(150)의 기능적 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 진단부(150)는 제어부(210), 광원부(220), 통신부(230), 컨버터부(240) 및 스위치부(250)를 포함할 수 있다.
제어부(210)는 바이패스 다이오드(130)를 통해 흐르는 전류의 검출 여부에 따라 태양광 모듈(120)의 손상 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(210)는 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 제어부(210)는 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다. 제어부(210)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 고장 감지 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다.
광원부(220)는 태양광 모듈(120)의 손상 여부에 따라 온오프(on-off)될 수 있다. 예를 들어, 광원부(220)는 LED 또는 레이저 광원과 같은 발광 소자로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 진단부(150)는 광원부(220)뿐만 아니라, 태양광 모듈(120)의 손상 여부를 텍스트, 이미지 또는 소리와 같은 다양한 형태로 나타내는 알림부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 알림부는 텍스트나 이미지를 출력하기 위한 디스플레이 장치 또는 소리를 출력하기 위한 스피커로 구성될 수 있다.
통신부(230)는 제어부(210)로부터 태양광 모듈(120)의 손상 여부를 전달받아 이를 무선통신을 통해 외부의 서버 또는 휴대단말로 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 통신부(230)는 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 통신부(230)의 전부 또는 일부는 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부(transceiver)'로 지칭될 수 있다.
진단부(150)는 컨버터부(240) 및 스위치부(250)를 포함하여 형성되지만, 컨버터부(240) 및 스위치부(250)와 관련되는 동작들은 공지 기술의 범위로서 이해되어야 할 것이다.
도 2를 참고하면, 진단부(150)는 제어부(210), 광원부(220), 통신부(230), 컨버터부(240) 및 스위치부(250)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예들에서 진단부(150)는 도 2에 설명된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 2에 설명된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 고장 감지 시스템(300)을 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 고장 감지 시스템(300)은 다수의 고장 감지 장치(100), 통신부(310), RTU(Remote Terminal Unit)(320) 및 인버터(330)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 고장 감지 장치(100)의 통신부(230)는 진단부(150)의 외부에 통신부(310)와 같이 구성될 수 있다. 이 경우, 다수의 고장 감지 장치(100) 각각에 포함된 태양광 모듈(120)의 손상 여부는 개별적으로 통신부(310)에 전달될 수 있다.
통신부(310)는 다수의 고장 감지 장치(100) 각각에 포함된 태양광 모듈(120)의 손상 여부를 통합하여 이를 무선통신을 통해 외부의 서버 또는 휴대단말로 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 고장 감지 시스템(300)은 RTU(320) 및 인버터(330)를 포함하여 형성되지만, RTU(320) 및 인버터(330)와 관련되는 동작들은 공지 기술의 범위로서 이해되어야 할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 다른 고장 감지 시스템(400)을 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 고장 감지 시스템(400)은 다수의 고장 감지 장치(100)를 포함하는 고장 감지 그룹(410)을 다수개 포함할 수 있다.
이 경우, 고장 감지 시스템(400)은 각 고장 감지 그룹(410)과 연결된 통신부(420)와 인버터(430)를 포함할 수 있다.
통신부(420)는 대응하는 고장 감지 그룹(410)에 포함된 태양광 모듈(120)의 손상 여부를 판단하여 이를 무선통신을 통해 외부의 서버 또는 휴대단말로 전송할 수 있다.
일 실시예에서, RTU(440)는 다수의 고장 감지 그룹(410) 각각과 연결된 통신부(420) 및 인버터(430)와 연결되어 다수의 고장 감지 그룹(410)의 손상 여부를 통합 관리할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 고장 감지 시스템(400)은 다수의 고장 감지 장치(100)를 그룹화하여 통합 관리함으로써 대규모 태양광 발전소에 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치(500) 적용에 따른 태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 고장 감지 장치(100)를 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 태양광 모듈(120)은 다수의 태양광 셀(110) 각각과 병렬 연결된 다수의 스위치(500)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 다수의 태양광 셀(110) 중 적어도 하나가 손상되는 경우, 다수의 스위치(500) 각각은 사이클(cycle) 마다 순차적으로 온오프, 즉, 개폐(open)되거나 단락(close)될 수 있다.
진단부(150)는 다수의 스위치(500) 각각의 온오프에 따라 태양광 모듈(120)에 의해 출력되는 전압값(Vo)을 각 사이클 마다 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 진단부(150)는 상기 전압값을 측정하기 위한 센서부를 더 포함할 수 있다.
이후, 진단부(150)는 상기 전압값들 중 상이한 전압값에 대응하는 스위치(500)에 병렬로 연결된 태양광 셀(110)을 손상된 태양광 셀로 결정할 수 있다.
예를 들어, 다수의 태양광 셀(110) 각각에 대응하는 스위치가 병렬로 단락되는 경우, 단락된 스위치에 대응하는 태양광 셀(110)에 의해 출력되는 전압만큼 태양광 모듈(120)에 의해 출력되는 전압값이 작아질 수 있다.
이 경우, 손상된 태양광 셀(110)에 대응하는 스위치가 단락되는 경우보다 손상되지 않은 태양광 셀(110)에 대응하는 스위치가 단락되는 경우, 전체 태양광 모듈(120)에 의해 출력되는 전압값의 변화량이 클 수 있다.
따라서, 진단부(150)는 각 사이클마다 태양광 모듈(120)에 의해 출력되는 전압값(Vo)을 각 사이클 마다 측정하고, 출력되는 전압값(Vo)의 변화량이 상이한 스위치에 대응하는 태양광 셀(110)을 손상된 태양광 셀로 결정할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 각 태양광 셀(110)과 연결된 스위치의 온오프를 통해 태양광 모듈(120)의 손상 여부뿐만 아니라, 태양광 모듈(120)에 포함된 다수의 태양광 셀(110) 중 어떤 태양광 셀(110)이 손상되었는지를 특정할 수 있다.
일 실시예에서, 다수의 스위치 각각이 순차적으로 온오프되는 사이클(cycle)은, 태양광 모듈에 포함된 다수의 태양광 셀의 개수(number)에 따라 결정될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.
본 명세서에 개시된 다양한 실시예들은 순서에 관계없이 수행될 수 있으며, 동시에 또는 별도로 수행될 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
100: 고장 감지 장치
110: 태양광 셀
120: 태양광 모듈
130: 바이패스 다이오드
140: 센서부
150: 진단부
210: 제어부
220: 광원부
230: 통신부
240: 컨버터부
250: 스위치부
300: 고장 감지 시스템
310: 통신부
320: RTU
330: 인버터
400: 고장 감지 시스템
410: 고장 감지 그룹
420: 통신부
430: 인버터
440: RTU
500: 스위치

Claims (7)

  1. 서로 직렬 연결된 다수의 태양광 셀을 포함하는 태양광 모듈;
    상기 태양광 모듈과 연결되는 바이패스 다이오드;
    상기 바이패스 다이오드를 통해 흐르는 전류를 검출하는 센서부; 및
    상기 전류의 검출 여부에 따라 상기 태양광 모듈의 손상 여부를 판단하는 제어부;
    를 포함하는,
    태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 태양광 셀 중 적어도 하나가 손상되지 않는 경우, 상기 태양광 모듈에 의해 출력되는 전류는 상기 바이패스 다이오드를 통해 흐르지 않고,
    상기 다수의 태양광 셀 중 적어도 하나가 손상되는 경우, 상기 태양광 모듈에 의해 출력되는 전류는 상기 바이패스 다이오드를 통해 흐르는,
    태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 태양광 셀 중 적어도 하나가 손상되지 않는 경우, 상기 바이패스 다이오드를 통해 흐르는 전류는 상기 센서부에 의해 검출되지 않고,
    상기 다수의 태양광 셀 중 적어도 하나가 손상되는 경우, 상기 바이패스 다이오드를 통해 흐르는 전류는 상기 센서부에 의해 검출되는,
    태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류가 검출되는 경우, 상기 태양광 모듈이 손상됨을 결정하고,
    상기 전류가 검출되지 않는 경우, 상기 태양광 모듈이 손상되지 않음을 결정하는,
    태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 모듈의 손상 여부에 따라 온오프(on-off)되는 광원부;
    를 더 포함하는,
    태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 모듈은, 상기 다수의 태양광 셀 각각과 병렬 연결된 다수의 스위치를 더 포함하고,
    태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다수의 태양광 셀 중 적어도 하나가 손상되는 경우, 상기 다수의 스위치 각각은 순차적으로 온오프(on-off)하고,
    상기 제어부는, 상기 다수의 스위치 각각의 온오프에 따라 상기 태양광 모듈에 의해 출력되는 전압값을 측정하고, 상기 전압값들 중 상이한 전압값에 대응하는 스위치에 병렬로 연결된 태양광 셀을 손상된 태양광 셀로 결정하는,
    태양광 모듈의 음영 및 고장을 감지하기 위한 장치.
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