KR20220064536A - 태양광 발전 설비 통합 관리 장치 - Google Patents

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KR20220064536A KR1020200150692A KR20200150692A KR20220064536A KR 20220064536 A KR20220064536 A KR 20220064536A KR 1020200150692 A KR1020200150692 A KR 1020200150692A KR 20200150692 A KR20200150692 A KR 20200150692A KR 20220064536 A KR20220064536 A KR 20220064536A
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Abstract

본 발명은 태양광 발전 설비 통합 관리 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는, 태양광 모듈의 유지/보수/교체 등을 통합하여 관리하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 태양광 모듈의 교체를 위한 명확한 기준을 제공하고 태양광 모듈의 수익성 분석에 기반한 태양광 모듈 교체를 안내할 수 있고, 교체 예정 시기를 안내할 수 있다. 이와 동시에, 본 발명은 태양광 모듈의 유지/보수/교체에 대한 통합 솔루션을 제공할 수 있다.

Description

태양광 발전 설비 통합 관리 장치{Integrated management device for solar power facilities}
본 발명은 태양광 발전 설비 통합 관리 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는, 태양광 모듈의 유지/보수/교체 등을 통합하여 관리하는 장치에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템은 복수의 태양광 셀을 포함하는 태양광 모듈을 복수개 직렬로 연결하여 태양광 모듈 스트링을 구성하여 원하는 전압을 얻는다. 그리고, 원하는 큰 전류를 얻기 위해 복수의 태양광 모듈 스트링을 접속 단자함에서 병렬로 접속한다. 그리고, 인버터는 복수의 스트링을 통해 입력 받는 전압 및 전류를 통해 최대의 전력을 출력할 수 있도록 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행한다.
상기와 같은 구조를 가지는 태양광 발전 시스템의 유지 및 보수를 위해 태양광 발전 시스템을 모니터링하는 기술이 다양하게 존재한다.
한국등록특허 제10-1911334호는 고유의 식별번호를 포함하고 하나 이상 구비되는 태양광 모듈; 상기 태양광 모듈로부터 출력되는 전력을 입력받는 접속반; 각 태양광 모듈의 출력단에 접속되어 태양광 모듈에서 출력되는 전력 정보를 계측하고 이를 식별번호와 함께 송신하는 커넥팅모듈; 및 상기 커넥팅모듈과 연결되어 개별 태양광 모듈에서 송신하는 태양광 모듈의 전력 정보를 수신 및 저장하며 개별 태양광 모듈에 대한 전력 정보를 표시하고 상기 전력 정보를 비교 분석하여 개별 태양광 모듈의 이상 유무를 판단하는 모니터링 서버;를 포함하며, 상기 태양광 모듈을 복수로 구성하여 단위 태양광 스트링을 구성하되, 하나의 단위 태양광 스트링에서 각 태양광 모듈에 접속된 커넥팅모듈 중 선택된 하나의 커넥팅모듈을 메인전송모듈로 설정하면서 나머지 커넥팅모듈을 서브전송모듈로 설정하고, 상기 메인전송모듈은, 접속된 해당 태양광 모듈로부터 계측한 전력정보 및 식별번호와 상기 서브전송모듈에서 계측한 전력정보 및 식별번호를 설정된 시간 동안 수집한 후 일괄적으로 송신하도록 명령하여 하나의 단위 태양광 스트링 상에서 하나의 태양광 모듈만을 통해 상기 모니터링 서버와 데이터 통신하도록 구성되며, 상기 태양광 모듈은 지지구조물을 구비하되, 상기 지지구조물은 받침대와 받침대에 안착되는 지지대를 포함하며, 상기 지지대 하면은 하측을 향해 볼록한 곡면을 형성하고 상기 받침대 상면은 상기 지지대 하면에 대응되는 상측을 향해 오목한 곡면을 형성하여, 지진에 의한 충격 발생시 상기 지지대 및 받침대는 서로 곡면을 따라 모든 방향으로의 슬라이딩이 가능하며, 상기 지지대와 상기 받침대의 연결부위 외주연에는 스프링의 내주연이 밀착되어 감싸지도록 구성되되, 상기 스프링은 상기 지지대의 하면 및 받침대의 상면에 형성되는 곡면의 상하 범위보다 길이가 길게 구성되어 곡면이 형성되는 상하 범위가 포함되도록 배치되도록 하여, 상기 지지대 및 받침대 간 슬라이딩 시 완충 작용을 하고, 상호 간 완전히 이탈되는 것을 방지하도록 구성되며, 상기 하면과 상기 상면에는 각각에 대향하는 수용홈이 형성되어 상기 하면과 상기 상면의 결합에 의해 서로 연통하는 수용공간이 형성되며, 상기 수용공간에는 중공을 형성하는 탄성기둥과 상기 탄성기둥의 중공에 개재되는 소성바를 포함하는 면진구가 안치되고, 상기 소성바는, 양단에 머리가 형성되며 상기 머리를 연결하면서 직경이 작아지는 몸체가 구성되고 상기 몸체와 상기 중공의 내주연에는 소성변형공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 모니터링 시스템을 개시한다.
한국공개특허 제10-2018-0080599호는 직렬 연결된 복수개의 태양광 패널들의 개별 전압값들을 측정하는 전압 측정부; 상기 직렬 연결된 복수개의 태양광 패널들을 흐르는 공통 전류값을 측정하는 전류 측정부; 상기 개별 전압값들과 공통 전류값을 디지털 변환하는 중앙 처리부; 및 상기 디지털 변환된 개별 전압값들과 공통 전류값을 데이터 수집 장치에 전송하는 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 모니터링 장치를 개시한다.
기존 태양광 발전 모니터링 시스템은 수동적으로 이상이 발생하였을 때 알람을 제공하는 것에 불과하였다.
태양광 발전 시스템 운영자는 기본적으로 자신이 소유한 토지에 조사되는 태양광이란 에너지 자원을 사용해 수익을 올리고자 수익성 분석을 통해 자신 소유 토지에 태양광 발전 시스템을 구축한다.
따라서, 태양광 발전 시스템은 운영자의 수익성 관점에서 태양광 발전 설비의 유지/보수/교체 등이 이루어져야 한다.
다만, 기존 기술은 단순히, 태양광 모듈 또는 어레이의 전압/전류/효율 등의 관점에서 만 태양광 모듈을 모니터링하고 그 모니터링 결과에 따라 유지/보수를 하는 것에 불과하였다. 아울러, 기술적 관점에서 만 태양광 발전 설비의 상태를 진단하고 유지/보수를 위한 안내 만을 제공할 뿐 수익 관점에서 교체에 대한 안내를 전혀 하지 못하였다.
한국등록특허 제10-1911334호(공고일: 2018.12.28, 태양광 모듈 모니터링 시스템) 한국공개특허 제10-2018-0080599호(공개일: 2018.07.12, 태양광 패널 모니터링 장치 및 방법)
이에, 본 발명은 태양광 모듈의 교체를 위한 명확한 기준을 제공하고 태양광 모듈의 수익성 분석에 기반한 태양광 모듈 교체를 안내할 수 있고, 교체 예정 시기를 안내할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 태양광 모듈의 유지/보수/교체를 통합하여 관리할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태양광 발전 설비 통합 관리 장치는 실제 수익 곡선을 생성하는 수익 곡선 생성부; 다음의 수학식에 따라 태양광 발전 시스템의 수익 차감률을 산출하는 수익률 분석부;
[수학식]
Figure pat00001
여기서,
x = 태양광 발전 시스템의 수익 차감률
Pvirtual = 가상 수익 곡선에 따른 태양광 모듈의 보증 수명 동안의 총 수익
Preal = 실제 수익 곡선에 따른 태양 광 모듈의 보증 수명 동안의 총수익
Mnow = 현재까지 투자금
상기 수익률 분석부에 의해 산출된 수익 차감률이 기 설정된 기준 수익 차감율 미만일 때, 태양광 모듈의 교체 시점 및 교체 대상 태양광 모듈의 수를 예측하는 시뮬레이션부; 및 가상 MPPT부가 센싱값 수집부를 통해 수집된 정보를 이용해 실시간 산출된 인버터의 가상 출력값과 실시간 전력량계를 통해 계측된 인버터의 실제 출력값 간의 차를 산출하고, 인버터의 실시간 가상 출력값과 인버터의 실시간 실제 출력값 간의 차가 기 설정된 기준 출력차 이상이면 외부에 유지·보수 알람을 제공하는 유지 보수 안내부를 포함한다.
여기서, 상기 시뮬레이션부는 다음의 수학식에 따라 미래수익차감률을 기 설정된 시간 간격으로 산출하고,
[수학식]
Figure pat00002
여기서,
Pnv = 가상 수익 곡선에 따른 특정 시점에서의 수익
Pnr = 실제 수익 곡선에 따른 태양광 발전 시스템의 특정 시점에서의 수익
상기 시뮬레이션부는 기 설정된 시간 간격으로 산출된 미래 수익 차감률 중 미래 수익 차감률이 기 설정된 단위 기준 수익 차감률 이상에 진입하는 미래 수익 차감률이 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 시뮬레이션부는 기 설정된 단위 기준 수익 차감률 이상에 진입하는 미래 수익 차감률이 존재하면, 기 설정된 단위 기준 수익 차감률 이상에 진입하는 시점을 교체 시점으로 예측할 수 있다.
본 발명은 태양광 모듈의 수익률이 기준 수익 차감률이라는 오차 범위 내에서 담보가 될 수 있도록 태양광 모듈의 교체를 안내할 수 있다.
그리고, 본 발명은 태양광 모듈의 수익률이 기준 수익 차감률이라는 오차 범위 내에서 담보가 되되, 교체되는 태양광 모듈의 수를 최소화하는 형태로 태양광 모듈의 교체를 선택하는 것에 의해 태양광 모듈의 교체를 위한 추가 비용을 최소화할 수 있다.
그리고, 본 발명은 태양광 모듈이 교체되어야 하는 예측 시기 및 교체 대상 태양광 모듈의 수에 대한 예측 정보를 제공하는 것에 의해, 태양광 모듈이라는 자산의 관리가 용이할 수 있다.
본 발명은 가상 MPPT 제어를 통한 인버터 출력과 실제 인버터 출력 간의 차를 이용해 태양광 모듈의 유지/보수 안내를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태양광 발전 설비 통합 관리 장치가 적용되는 태양광 발전 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에서 태양광 발전 시스템의 수익성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 태양광 발전 설비 통합 관리 장치의 기능 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 태양광 발전 설비 통합 관리 장치(이하, ‘관리 장치’라고 칭함)에 대하여 설명한다. 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 1을 참조하면, 태양광 발전 시스템은 복수의 태양광 어레이(10-1, 10-2, ..., 이하 '10’으로 통칭), 어레이 접속반(20), 인버터(30), 관리 장치(40)를 포함할 수 있다. 복수의 태양광 어레이(10) 각각은 복수의 태양광 모듈(11)을 포함할 수 있다. 도 1은 태양광 모듈이 3 by 4로 설치된 경우를 예시한다. 복수의 태양광 어레이(10)는 어레이 접속반(20)을 통해 병렬로 연결될 수 있다. 인버터(10)는 어레이 접속반(20)을 통해 태양광 어레이에서 생산된 DC 전력을 입력 받고, 이를 AC로 변환하여 출력할 수 있다. 이때, DC는 MPPT 제어 방식을 통해 AC로 변환될 수 있다.
도 2에서 가상 수익 곡선은 태양광 어레이의 출력 특성, 태양광 발전 시스템이 설치되는 위치에서의 연간 일조량 및 발전 시간(예를 들어, 오전 9시부터 오후 6시) 동안의 평균 온도, MPPT 제어 결과를 통합하여 생성될 수 있다. 구체적으로, 태양광 어레이가 기 설정된 각도로 설치되었을 때 1년 동안의 실시간 일조량 및 평균 온도에 따른 태양광 어레이 출력이 산출될 수 있다. 그리고, 태양광 어레이 출력(전압 및 전류)에 MPPT 제어를 적용하여 1년 동안 실시간 태양광 발전 설비의 판매 전력량이 산출될 수 있다. 이때, 태양광 어레이의 출력 특성은 태양광 어레이 제조사에 의해 제공될 수 있다. 그리고, 태양광 어레이의 출력 특성은 태양광 어레이 수명(tmax, 예를 들어, 20년)을 고려해, 가동 년수가 1년씩 증가할 때 마다 예를 들어, 1%씩 성능 저하가 있는 것으로 설정될 수 있다. 그리고, MPPT 제어 결과는 태양광 발전 시스템에 설치되는 인버터를 모델링하고 해당 인버터 모델에서 입력을 태양광 어레이 출력(전압, 전류)로 하는 것에 의해 산출될 수 있다. 그리고, 단위 판매량에 따른 판매액을 MPPT 제어 결과에 곱하는 것에 의해 전력 판매에 따른 수익이 산출될 수 있다. 이와 달리, 가상 수익 곡선은 태양광 발전 시스템 설치 사업자가 발전 용량을 고려하여 임의로 산출한 계절 또는 월별 수익에 대한 곡선일 수 있다. 본 발명은 가상 수익 곡선을 생성하는 방식에 대한 제한을 두지 않으며, 태양광 모듈의 수명 동안의 태양광 발전 시스템의 수익에 대한 어느 정도의 신뢰성 있는 정보 만을 제공할 수 있으면 족하다.
실제 수익 곡선은 다음과 같은 프로세스에 의해 산출될 수 있다.
단계 1) 태양광 발전 시스템의 운영 개시 시점부터 현재 시점(t1)까지의 태양광 모듈의 출력(전압, 전류) 및 그 출력에 가상 MPPT 제어를 반영한 인버터 출력 전력을 기초로 태양광 발전 시스템의 운영 개시 시점부터 현재 시점(t1)까지의 기 설정된 주기의 태양광 발전 시스템의 수익을 산출
단계 ii) 산출된 기 설정된 주기의 태양광 발전 시스템에 대한 수익을 곡선 근사화하는 것에 의해 실제 수익 곡선 생성
도 2에서 실제 수익 곡선에서 점선인 영역은 t1 시점에서 곡선 근사화를 통해 t1에서 태양광 모듈 수명까지 예측된 수익을 의미한다. 기 설치되어 최소 1년 이상이 경과한 태양광 발전 시스템의 경우, 태양광 발전 시스템 진단 업체에 의해 마련된 기준 실제 수익 곡선이 현재까지의 수익 곡선(도 2에서 실제 수익 곡선에서 실선 영역)으로 적용되고 그 이후에는 상기 단계 1)에 의해 산출되는 값을 적용해 실제 수익 곡선을 업데이트 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 태양광 모듈의 수명(태양광 모듈 제조사가 보증하는 태양광 모듈의 수명, tmax) 동안의 가상 수익 곡선의 하부 면적에 의해 태양광 발전 시스템의 총 가상 수익이 산출될 수 있다. 그리고, 실제 수익 곡선의 하부 면적에 의해 태양광 발전 시스템의 총 실제 수익이 산출될 수 있다. 이때, 총 가상 수익과 총 실제 수익 간의 차이가 발생할 수 있다. 이는 태양광 발전 시스템이 운영되는 환경에서 태양광 발전 시스템의 열화, 예측된 일조량 및 온도 대비 실제 일조량 및 온도에 따른 차이 등에 의할 수 있다.
태양광 발전 시스템 운영자는 투자금 대비 수익률을 고려하여 태양광 발전 시스템을 구축한다. 예를 들어, 투자금이 2억일 때, 20년간의 수익률(투자금 대비 수익 비율)이 300 %(6억)인 것을 고려하여 태양광 발전 시스템에 투자할 수 있다. 물론, 투자에 따른 리스크는 존재할 수 있다. 다만, 그 리스크에 따른 수익 저하가 기 설정치 예를 들어, 10% 이하인 것이 바람직하다.
이에 본 발명은 리스크를 고려한 태양광 발전 시스템의 수익률을 담보할 수 있도록 태양광 모듈 교체를 안내할 수 있는 관리 장치를 제공하고자 한다. 즉, 본 발명은 태양광 모듈의 교체 여부 결정의 기준을 태양광 발전 시스템의 수익률로 하고 그 수익률을 담보할 수 있도록 태양광 모듈의 교체를 안내하고자 한다.
구체적으로 도 3을 참조하면, 관리 장치(40)는 센싱값 수집부(41), 가상 MPPT부(42), 수익 곡선 생성부(43), 수익률 분석부(44), 시뮬레이션부(45), 모듈 교체 안내부(46), 유지 보수 안내부(47)를 포함할 수 있다.
센싱값 수집부(41)는 태양광 모듈 출력단에 설치된 전류 센서(1)로부터 실시간 태양광 모듈의 출력 전류, 태양광 모듈 출력단에 설치된 전압 센서(2)부터 실시간 태양광 모듈의 출력 전압, 태양광 모듈 측에 설치된 일사량 센서(3)로부터 태양광 모듈에 조사되는 실시간 일사량, 태양광 모듈에 설치된 온도 센서(4)로부터 태양광 모듈의 실시간 온도를 수집할 수 있다. 그리고, 센싱값 수집부(41)는 인버터(30) 출력단에 설치된 전력량계(5)로부터 실시간 인버터(30) 실제 출력 전력량을 수집할 수 있다.
가상 MPPT부(42)는 센싱값 수집부(41)를 통해 수집된 태양광 모듈의 출력(전압, 전류)에 따른 태양광 접속반에서 인버터로 입력되는 입력값(입력 전압값, 입력 전류값)을 산출하고, 이 입력값에 MPPT 제어 알고리즘을 적용하는 것에 의해 인버터 출력값을 산출할 수 있다. 여기서, MPPT 제어 알고리즘은 태양광 발전 시스템에 설치되는 인버터의 MPPT 제어 알고리즘과 동일 알고리즘일 수 있다. 이에 의해, 실시간 태양광 발전 시스템이 전력 계통에 판매하는 전력량이 산출될 수 있다. 가상 MPPT부(42)는 MPPT가 적용되는 인버터 모델을 구비할 수 있다.
수익 곡선 생성부(43)는 실시간 태양광 발전 시스템이 전력 계통에 판매하는 전력량에 전력 판매가를 적용하는 것에 의해 실시간 수익을 산출할 수 있다. 그리고, 수익 곡선 생성부(43)는 누적된 수익값을 t 축에 대하여 곡선 근사화하는 것에 의해 실제 수익 곡선을 생성할 수 있다. 이때, 실제 수익 곡선은 태양광 모듈의 보증 수명(예를 들어, 20년) 동안의 수익 곡선일 수 있다.
수익률 분석부(44)는 태양광 발전 시스템의 수익 차감률을 다음의 수학식에 의해 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00003
여기서,
x = 태양광 발전 시스템의 수익 차감률
Pvirtual = 가상 수익 곡선에 따른 태양광 모듈의 보증 수명 동안의 총 수익
Preal = 실제 수익 곡선에 따른 태양광 모듈의 보증 수명 동안의 총 수익
Mnow = 현재까지 투자금 (태양광 발전 시스템 구축을 위해 소요된 현재까지의 비용 일체)
시뮬레이션부(45)는 수익률 분석부(44)에 의해 산출된 수익 차감률 이 기 설정된 기준 수익 차감률 이상일 때, 태양광 모듈의 교체를 결정할 수 있다. 이때, 시뮬레이션부(45)는 다음과 같은 프로세스로 태양광 모듈 교체를 결정할 수 있다.
단계 1) 시뮬레이션부(45)가 현재 시점을 기준으로, 태양광 발전 시스템 전체 모듈 중 출력 전력이 최하위인 태양광 모듈을 교체하였을 때, 출력 전력 산출(이때 , 시뮬레이션부(45)가 센싱값 수집부(41)를 통해 수집된 태양광 모듈에서의 일사량 및 온도를 사용해 태양광 모듈 교체 후 교체된 태양광 모듈의 출력(전압, 전류)을 산출하고 이를 반영하여 가상 MPPT부(42)와 동일한 방식으로 MPPT 제어를 수행하여 인버터의 전체 출력 전력 산출)
단계 2) 시뮬레이션부(45)가 수익 곡선 생성부(43)와 동일한 방식으로 태양광 모듈의 교체를 전제로 현재 시점에 서의 수익 산출
단계 3) 시뮬레이션부(45)가 태양광 모듈의 교체를 전제로 산출된 현재 시점 수익과 태양광 모듈의 교체가 없는 것을 전제로 산출된 현재 시점 실제 수익과의 차이값 추출
단계 4) 시뮬레이션부(45)가 태양광 모듈의 교체를 전제로 산출된 현재 시점 수익과 태양광 모듈의 교체가 없는 것을 전제로 산출된 현재 시점 실제 수익과의 차이값 만큼 실제 수익 곡선에서 추정분을 상향 이동
단계 5) 시뮬레이션부(45)가 추정 분이 상향 이동된 것을 전제로 다음의 수학식에 따라 태양광 모듈 교체 후 수익 차감률 산출
[수학식 2]
Figure pat00004
여기서,
x'= 태양광 모듈 태양광 발전 시스템의 수익 차감률
Pvirtual = 가상 수익 곡선에 따른 태양광 모듈의 보증 수명 동안의 총수익
Preal'= 태양광 모듈 교체를 전제로 산출된 실제 수익 곡선에 따른 태양광 모듈의 보증 수명 동안의 총수익
Mnow = 현재까지 투자금 (태양광 발전 시스템 구축을 위해 소요된 현재까지의 비용 일체)
Madd = 태양광 모듈의 교체 비용
단계 6) 시뮬레이션부(45)가 수익 차감률이 기준 수익 차감률 미만이 될 때까지 교체되는 태양광 모듈의 수를 출력 전력이 최하위인 태양광 모듈부터 출력 전력 순으로 순차로 추가하면서 단게 1 내지 5를 반복하고, 수익 차감률이 기준 수익 차감률 미만이 되면 상기 단계 1 내지 5를 중단하고 모듈 교체 안내부(46)가 수익 차감율이 기준 수익 차감율 미만이 되게 교체되어야 하는 태양광 모듈의 교체를 알림 (이때, 모듈 교체 안내부(46)가 교체되어야 하는 태양광 모듈 정보를 제공함)
시뮬레이션부(45)는 수익률 분석부(44)에 의해 산출된 수익 차감률이 기 설정된 기준 수익 차감률 미만이면, 태양광 모듈의 교체 시기를 예측할 수 있다. 이때, 시뮬레이션부(45)는 다음과 같은 프로세스로 태양광 모듈 교체 시기를 예측할 수 있다.
단계 1) 시뮬레이션부(45)는 미래 수익 차감률을 기 설정된 시간 간격(예를 들어, 1달)으로 산출할 수 있다. 미래 수익 차감률은 현재 시점을 시작으로 설치 시점으로부터 20년이 되는 때까지 기 설정된 시간 간격으로 산출될 수 있다. 수학식 1과 달리, 미래 수익 차감률은 기 설정된 시간 주기로 다음의 수학식에 따라 산출될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00005
여기서,
Pnv = 도 2에 따른 가상 수익 곡선에 따른 특정 시점에서의 수익
Pnr = 도 2에 따른 실제 수익 곡선에 따른 태양광 발전 시스템의 특정 시점에서의 수익
상기 미래수익차감률은 1달 간격으로 산출될 수 있다.
단계 2) 시뮬레이션부(45)는 기 설정된 시간 간격으로 산출된 미래 수익 차감률 중 미래 수익 차감률이 기 설정된 단위 기준 수익 차감률 이상에 진입하는 미래 수익 차감률이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 이때, 기 설정된 단위 기준 수익 차감률 이상에 진입하는 미래 수익 차감률이 존재하지 않으면, 태양광 모듈의 교체 시기 예측을 중단할 수 있다. 이와 달리, 기 설정된 단위 기준 수익 차감률 이상에 진입하는 미래 수익 차감률이 존재하면, 기 설정된 단위 기준 수익 차감률 이상에 진입하는 시점을 교체 시점으로 예측할 수 있다.
단계 3) 그리고, 시뮬레이션부(45)는 교체 대상 태양광 모듈의 수를 예측할 수 있다. 이때, 시뮬레이션부(45)는 현재 시점을 기준으로, 열화도가 기준 열화도를 기준 초과치 이상 초과한 태양광 모듈을 교체 대상 태양광 모듈로 간주할 수 있다. 태양광 모듈의 사용 기간에 따른 열화도는 태양광 모듈 제조사가 제공할 수 있다. 예를 들어, 사용 기간이 1년 증가할 때마다 열화가 1% 진행될 수 있다. 따라서, 기준 열화도는 다음의 수학식에 따라 산출될 수 있다. 현재 시점에서의 태양광 모듈의 열화도는 ((현재 온도 및 일사량에서의 태양광 모듈의 실제 출력 전력/현재 온도 및 일사량에서의 태양광 모듈의 가상적 출력)*100)일 수 있다. 현재 온도 및 일사량에서의 태양광 모듈의 가상적 출력은 태양광 모듈 제조사에 의해 제공되는 사양 정보일 수 있다.
[수학식 4]
기준 열화도 = 사용 년수 * 사용 기간이 1년 증가할 때마다 진행되는 열화도
그리고, 기준 초과치는 기 설정된 정보로, 예를 들어, 3 %일 수 있다.
이때, 모듈 교체 안내부(46)는 태양광 모듈의 교체 시점 및 교체 대상 태양광 모듈의 수에 대한 예측 정보를 외부에 안내할 수 있다.
그리고, 유지 보수 안내부(47)는 가상 MPPT부(42)가 센싱값 수집부(41)를 통해 수집된 정보를 이용해 실시간 산출된 인버터(30)의 가상 출력값과 실시간 전력량계(5)를 통해 계측된 인버터(30)의 실제 출력값 간의 차를 산출할 수 있다. 여기서, 가상 MPPT부(42)는 센싱값 수집부(41)를 통해 수집된 태양광 모듈의 출력(전압, 전류)에 따른 태양광 접속반에서 인버터(30)로 입력되는 입력값(입력 전압값, 입력 전류값)을 산출하고, 이 입력값에 MPPT 제어 알고리즘을 적용하는 것에 의해 인버터(30)의 가상 출력값을 산출할 수 있다. 여기서, MPPT 제어 알고리즘은 태양광 발전 시스템에 설치되는 인버터(30)의 MPPT 제어 알고리즘과 동일 알고리즘일 수 있다. 그리고, 유지 보수 안내부(47)는 인버터(30)의 실시간 가상 출력값과 인버터(30)의 실시간 실제 출력값 간의 차가 기 설정된 기준 출력차 이상이면 외부에 유지·보수 알람을 제공할 수 있다. 태양광 발전은 열화 외에도 파손 및 오염에 의해 출력이 감소할 수 있다. 열화 및 파손의 경우 태양광 모듈은 교체되는 관점에서 관리가 되어야 하며, 오염의 경우 태양광 모듈은 청소 관점에서 관리가 되어야 한다. 인버터(30)의 실시간 가상 출력값과 인버터(30)의 실시간 실제 출력값 간의 차가 기 설정된 기준 출력차 이상이면, 오염 및 파손 중 어느 하나에 해당하는지 가장 먼저 확인되는 것이 바람직하다. 그리고, 오염 및 파손에 의한 영향이 제거된 상태에서 즉, 태양광 발전 설비에 외부 완경 조건 이외에 태양광 발전량 저하 원인이 제거된 상태에서 시뮬레이션부(46)에 의해 태양광 발전의 수익성에 기반하여 태양광 모듈의 교체 여부가 결정되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명은 태양광 모듈의 교체 시기 및 교체 개수에 대한 예측 정보를 제공하는 것에 의해 태양광 발전 시스템의 운영자가 자산 관리를 용이하게 할 수 있다. 그리고, 태양광 발전량에 기초하여 유지·보수가 병행되기 때문에 태양광 모듈의 교체 시기 및 교체 개수에 대한 예측 정보의 신뢰성이 높아질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 관리 장치는 태양광 모듈의 수익률이 기준 수익 차감률이라는 오차 범위 내에서 담보가 될 수 있도록 태양광 모듈의 교체를 안내할 수 있다. 그리고, 태양광 모듈의 수익률이 기준 수익 차감률이라는 오차 범위 내에서 담보가 되되, 교체되는 태양광 모듈의 수를 최소화하는 형태로 태양광 모듈의 교체를 선택하는 것에 의해 태양광 모듈의 교체를 위한 추가 비용을 최소화할 수 있다.
10-1, 10-2: 태양광 어레이
11: 태양광 모듈
20: 어레이 접속반
30: 인버터
40: 태양광 발전 설비 통합 관리 장치

Claims (2)

  1. 실제 수익 곡선을 생성하는 수익 곡선 생성부;
    다음의 수학식에 따라 태양광 발전 시스템의 수익 차감률을 산출하는 수익률 분석부;

    [수학식]
    Figure pat00006


    여기서,
    x = 태양광 발전 시스템의 수익 차감률
    Pvirtual = 가상 수익 곡선에 따른 태양광 모듈의 보증 수명 동안의 총 수익
    Preal = 실제 수익 곡선에 따른 태양 광 모듈의 보증 수명 동안의 총수익
    Mnow = 현재까지 투자금

    상기 수익률 분석부에 의해 산출된 수익 차감률이 기 설정된 기준 수익 차감율 미만일 때, 태양광 모듈의 교체 시점 및 교체 대상 태양광 모듈의 수를 예측하는 시뮬레이션부; 및
    가상 MPPT부가 센싱값 수집부를 통해 수집된 정보를 이용해 실시간 산출된 인버터의 가상 출력값과 실시간 전력량계를 통해 계측된 인버터의 실제 출력값 간의 차를 산출하고, 인버터의 실시간 가상 출력값과 인버터의 실시간 실제 출력값 간의 차가 기 설정된 기준 출력차 이상이면 외부에 유지·보수 알람을 제공하는 유지 보수 안내부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 설비 통합 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션부는 다음의 수학식에 따라 미래수익차감률을 기 설정된 시간 간격으로 산출하고,

    [수학식]
    Figure pat00007

    여기서,
    Pnv = 가상 수익 곡선에 따른 특정 시점에서의 수익
    Pnr = 실제 수익 곡선에 따른 태양광 발전 시스템의 특정 시점에서의 수익

    상기 시뮬레이션부는 기 설정된 시간 간격으로 산출된 미래 수익 차감률 중 미래 수익 차감률이 기 설정된 단위 기준 수익 차감률 이상에 진입하는 미래 수익 차감률이 존재하는지 여부를 판단하고,
    상기 시뮬레이션부는 기 설정된 단위 기준 수익 차감률 이상에 진입하는 미래 수익 차감률이 존재하면, 기 설정된 단위 기준 수익 차감률 이상에 진입하는 시점을 교체 시점으로 예측하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 설비 통합 관리 장치.
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