KR20230076890A - 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치에 관한 것으로, 이는 태양 전지판 사이의 전력선 또는 인버터와 태양 전지판 사이의 전력선에 삽입되어, 전력선 차단 여부를 결정하는 다수의 스위치; 긴급 차단을 수동 요청하기 위한 사용자 스위치; 전력 및 온도를 센싱하여 통보하는 센서; 및 상기 센서의 센싱 결과와 기 설정된 긴급 차단 기준을 비교 분석하여 상기 다수의 스위치를 통한 긴급 차단 동작을 수행하거나, 상기 사용자 스위치의 요청하에 긴급 차단 동작을 수행하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치{Emergency shut-off devices for small-scale solar power systems}

본 발명은 태양광 발전 시스템에 적용되어, 화재 발생과 같은 위급 상황 발생시 태양광 패널의 연결을 즉각 차단할 수 있도록 하는 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치에 관한 것이다.

태양광발전설비는 건축물의 일정규모(1000㎡이상) 신증축시 전체에너지사용량대비 신재생에너지의 공급의무 비율이 2015년 15%이상으로 매년 1%씩 증가하여 2020년까지 30%이상 신재생에너지를 설치하도록 에너지관련법에 의거 의무화되어 있다.

신재생에너지는 지열, 태양열, 태양광 등을 이용한 시설물로 설치비용이 적고 공간활용도가 높은 태양광발전설비를 많이 시설하고 있다.

예를 덜어, 건축물에 설치되는 태양광 발전 설비의 경우, 건축물의 지붕 등에 적어도 하나의 태양전지판을 설치하고, 이를 통해 필요 전력을 자체 생산 및 제공할 수 있도록 한다.

다만, 건축물에 설치되는 소규모 태양광 발전 설비는 화재 발생시, 화재를 진화하는 과정에서 자칫 관리자 및 소화 활동인이 감전사고에 노출될 확률이 높다는 단점을 가진다. 그 이유는 태양광발전설비는 화재가 발생하더라도 태양빛에 의하여 태양전지판은 계속 전력을 생산하기 때문이다.

국내등록특허 제10-1684679호 (등록일자 : 2016.12.02)

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 화재 발생과 같은 위급 상황 발생시 태양광 패널의 연결을 즉각 차단할 수 있도록 하는 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치를 제공하고자 한다.

또한 온도 센서와 사용자 스위치를 함께 구비함으로써, 보다 다양한 입력 방식으로 상기의 긴급 차단 동작이 수행될 수 있도록 하는 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 태양 전지판 사이의 전력선 또는 인버터와 태양 전지판 사이의 전력선에 삽입되어, 전력선 차단 여부를 결정하는 다수의 스위치; 긴급 차단을 수동 요청하기 위한 사용자 스위치; 전력 및 온도를 센싱하여 통보하는 센서; 및 상기 센서의 센싱 결과와 기 설정된 긴급 차단 기준을 비교 분석하여 상기 다수의 스위치를 통한 긴급 차단 동작을 수행하거나, 상기 사용자 스위치의 요청하에 긴급 차단 동작을 수행하는 제어부를 포함하는 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치를 제공한다.

상기 장치는 태양광 발전 전력 중 일부를 입력받아 장치 구동 전력을 생성 및 공급하는 독립 전원부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 독립 전원부는 트랜스포머 기반의 전력 절연형으로 구현되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 장치는 외부 장치의 접속 및 통신을 지원하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스위치 각각은 제1 상태에서는 플로팅 상태가 되고, 제2 상태에서는 뒷단 연결 상태가 되고, 제3 상태에서는 인버터 연결 상태가 되는 삼로 스위치로 구현되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제어부는 상기 삼로 스위치 각각을 통해 상기 인버터에 직렬 연결되는 태양 전지판의 개수를 가변시키면서 전압 변화 패턴을 추적 검사하여, 비정상 구동되는 태양전지판을 검출 및 통보하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 화재 발생과 같은 위급 상황 발생시 태양광 패널의 연결을 즉각 차단할 수 있도록 함으로써, 화재 발생에 따른 2차 사고 발생 가능성을 최소화할 수 있도록 한다.

또한 온도 센서와 사용자 스위치에 기반하여 긴급 차단 동작을 자동 방식과 수동 방식 모두를 통해 수행할 수 있도로 함으로써, 시스템 동작 유연성을 크게 증대할 수 있도록 한다.

더하여 본 발명에서는 태양광 패널의 연결 여부를 결정하는 스위치를 재활용하여 비정상 구동되는 태양전지판을 검출 및 통보할 수 있도록 함으로써, 장치의 적용 범위도 다양하게 확장시켜 줄 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 전원부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치를 이용한 비정상 태양전지판 검출 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 긴급 차단 장치는 다수의 스위치(110), 사용자 스위치(120), 전력 센서(131), 온도 센서(132), 및 제어부(140), 통신부(150), 및 독립 전원부(160) 등을 포함한다.

이때, 다수의 태양전지판(210)은 인버터(200)에 직렬 연결되며, 태양전지판(210) 각각은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력하도록 한다.

다수의 스위치(110) 각각은 태양전지판 사이 또는 태양전지판과 인버터 사이에 삽입 위치되어, 제어부(140)의 제어하에 태양전지판 각각의 연결 여부를 결정하도록 한다.

사용자 스위치(120)는 태양광 발전 시스템의 긴급 차단을 수동 요청하기 위한 것으로, 이는 건물 관리실 등과 같은 특정 장소에 위치되도록 긴급 차단 장치로부터 분리 설치되도록 한다.

전력 센서(131)는 태양전지판과 인버터 사이에 삽입 연결되어, 전력선을 통해 흐르는 전압 또는 전류를 센싱 및 통보한다.

온도 센서(132)는 태양 전지판의 설치 위치 또는 긴급 차단 장치의 설치 위치에 배치되어, 주변 온도를 센싱하여 제어부(140)에 통보하도록 한다.

제어부(140)는 긴급 차단 동작을 수행하기 위한 펌웨어 프로그램을 다운로드받아 설치 및 실행한다. 그리고 펌웨어 프로그램을 통해 긴급 차단 기준을 사전 획득 및 저장하고, 이를 기반으로 전력 센서(220) 및 온도 센서(230)의 센싱 결과를 분석하여 긴급 차단 동작의 수행 여부를 결정하도록 한다.

예를 들어, 센싱 온도가 기준 온도 이상으로 높아지거나, 센싱 전력이 기준 전압 또는 기준 전류 보다 높아지면, 스위치(210)를 턴 오프시켜 전력선의 연결을 즉각 차단하도록 한다.

또한 건물 관리자 등이 사용자 스위치(120)를 통해 긴급 차단을 요청하는 경우에는, 전력 센서(220) 및 온도 센서(230)의 센싱 결과에 상관없이 스위치(210)를 강제 턴 오프시키도록 한다.

통신부(150)는 범용 비동기 송수신기( Universal Asynchronous Receiver / Transmitter)와 같은 통신 포트를 구비하고, 이를 통해 데스크 탑, 노트북과 같은 외부 장치의 접속 및 통신을 지원하도록 한다.

이에 건물 관리자 등은 데스크 탑, 노트북 등을 통해 긴급 차단 장치에 접속한 후 펌웨어 프로그램을 업그레이드하거나, 기준 온도를 변경하거나, 긴급 차단 장치의 동작을 모니터링하는 등의 다양한 작업을 수행할 수 있게 된다.

독립 전원부(160)는 외부의 전력 잡음에 인한 영향을 사전 차단할 수 있도록 전력 절연 장치 형태로 구현된다. 그리고 태양광 발전 전력 중 일부를 입력받고, 이를 통해 장치 구동 전력을 생성 및 공급하도록 하는 데, 이는 본 발명의 긴급 차단 장치는 화재 발생시 태양광 발전 전력으로 인한 감전 사고 발생을 사전 차단하기 위한 것이므로, 일정값 이상의 태양광 발전 전력 발생되는 경우에만 상기의 차단 동작을 수행하면 되기 때문이다.

이와 같이, 본 발명은 이와 같이, 본 발명은 현재 온도 또는 전력을 센싱 및 분석하여 태양전지판을 긴급 차단하는 동작을 자동으로 수행하되, 필요시에는 건물 관리자 등이 차단 스위치를 인위적으로 조작함으로써 태양전지판의 긴급 차단을 수행할 수 있도록 한다.

즉, 긴급 차단 동작을 자동 방식과 수동 방식 모두에 따라 수행할 수 있도록 함으로써, 긴급 차단 동작의 유연성을 보장할 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립 전원부의 상세 구성을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 독립 전원부(160)는 DC-DC 컨버터(161), 트랜스포머 드라이버(162), 트랜스포머(163), 및 레귤레이터(164) 등을 포함할 수 있다.

DC-DC 컨버터(161)는 태양광 발전 전력을 DC-DC 컨버팅(예를 들어, 승압)하여 기 설정된 전압과 전류를 가지는 직류 전력을 생성 및 출력하도록 한다.

트랜스포머 드라이버(162)는 트랜스포머(163)로의 직류 전력 인가 방향을 주기적으로 변화시킴으로써, 트랜스포터(163)에 전자 유도 현상이 발생되도록 한다.

트랜스포머(163)는 트랜스포머 드라이버(162)가 인가하는 스위칭 전력에 응답하여 전자 유도 현상을 발생하고, 이에 상응하는 교류 전력을 생성 및 출력한다.

레귤레이터(164)는 트랜스포머(163)에 의해 생성된 교류 전력을 레귤레이팅하여 기 설정된 전압과 전류를 가지는 구동 전력을 생성 및 출력한다.

이와 같이, 본 발명에서는 절연 기능을 가지는 트랜스포머에 기반하여 장치 구동 전력을 생성 및 제공함으로써, 다수의 태양전지판(210) 및 인버터(200)의 전력 잡음이 전력선을 타고 긴급 차단 장치에 인가되는 것이 사전 차단될 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 방법을 설명하기 위한 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제어부(140)는 온도 센싱 결과 또는 사용자 스위치 조작 결과에 기반하여 다수의 스위치(110)를 동작 제어할 수 있도록 한다.

이에 도 3의 (a)와 같이, 긴급 차단 동작의 필요성이 없는 경우에는, 제어부(140)는 다수의 스위치(110) 모두를 턴 온시킨다. 그러면, 다수의 태양전지판(210) 모두가 인버터(200)에 직렬 연결되고, 다수의 태양전지판(210)와 인버터(220) 사이에 연결되는 전력선을 통해서는 대용량의 전력이 흐르게 된다.

반면, 도 3의 (b)와 같이, 긴급 차단 동작의 필요성이 있는 경우에는, 제어부(140)는 다수의 스위치(110) 모두를 턴 오프시켜 태양전지판(210) 각각의 연결이 모두 차단되도록 한다. 그러면 전력선을 통해서는 대용량의 전력이 더 이상 흐르지 못하게 되고, 이에 따라 태양광 발전 전력으로 인한 감전 사고 발생 가능성이 급격히 낮아지게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 긴급 차단 장치는 다수의 스위치(110), 사용자 스위치(120), 온도 센서(132), 및 제어부(140), 통신부(150), 및 독립 전원부(160)를 구비하되, 스위치(110)를 삼로 스위치(110')로 교체 구비할 수 있도록 한다.

이때, 삼로 스위치(110')는 제1 상태에서는 플로팅 상태가 되고, 제2 상태에서는 뒷단 연결 상태가 되고, 제3 상태에서는 인버터 연결 상태가 되는 동작 특징을 가지도록 한다.

그리고 본 발명의 제어부(140)는 삼로 스위치(110')를 이용하여 인버터(220)에 직렬 연결되는 태양 전지판(210)의 개수를 순차적으로 증가 또는 감소시키면서, 이에 따른 전압 변화를 전압 센서(131)을 확인하도록 한다.

예를 들어, 도 5에서와 같이 인버터(220)에 직렬 연결되는 태양 전지판(210)의 개수에 따라 전력 변화 패턴이 일정하게 변화되면, 태양 전지판(210)의 정상 구동을 확인 및 통보한다.

반면, 특정 태양 전지판(210)이 연결됨에 따라 전력 변화 패턴이 급변하게 되면, 해당 태양 전지판(210)의 비정상 구동을 확인 및 통보하도록 한다.

즉, 본 발명은 태양전지판 사이 또는 태양전지판과 인버터 사이에 삽입 위치되는 스위치(110')를 활용하여 앞서 설명한 긴급 차단 동작을 수행함과 동시에, 비정상적으로 구동되는 태양 전지판의 검출 동작까지 함께 수행할 수도 있도록 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (6)

1. 태양 전지판 사이의 전력선 또는 인버터와 태양 전지판 사이의 전력선에 삽입되어, 전력선 차단 여부를 결정하는 다수의 스위치;
   긴급 차단을 수동 요청하기 위한 사용자 스위치;
   전력 및 온도를 센싱하여 통보하는 센서; 및
   상기 센서의 센싱 결과와 기 설정된 긴급 차단 기준을 비교 분석하여 상기 다수의 스위치를 통한 긴급 차단 동작을 수행하거나, 상기 사용자 스위치의 요청하에 긴급 차단 동작을 수행하는 제어부를 포함하는 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치.
2. 제1항에 있어서,
   태양광 발전 전력 중 일부를 입력받아 장치 구동 전력을 생성 및 공급하는 독립 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 독립 전원부는
   트랜스포머 기반의 전력 절연형으로 구현되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치.
4. 제1항에 있어서,
   외부 장치의 접속 및 통신을 지원하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 스위치 각각은
   제1 상태에서는 플로팅 상태가 되고, 제2 상태에서는 뒷단 연결 상태가 되고, 제3 상태에서는 인버터 연결 상태가 되는 삼로 스위치로 구현되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 삼로 스위치 각각을 통해 상기 인버터에 직렬 연결되는 태양 전지판의 개수를 가변시키면서 전압 변화 패턴을 추적 검사하여, 비정상 구동되는 태양전지판을 검출 및 통보하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 긴급 차단 장치.

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