KR20240056014A - 태양광 패널 모니터링 시스템 - Google Patents

태양광 패널 모니터링 시스템 Download PDF

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KR20240056014A
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solar panel
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current prevention
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박재영
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주식회사 반디아이씨티
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Abstract

본 발명은 태양광 패널 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 각 태양광 패널에 설치되며, 태양광 발전시 역전류를 방지하기 위한 역전류 방지 다이오드를 포함하여 구비되고, 온도를 감지하고, 상기 역전류 방지 다이오드의 고장 유무를 감지하고, 감지한 데이터를 무선통신 방식을 통해 관리 단말로 전송하기 위한 센서 모듈 및 상기 각 센서 모듈로부터 수신한 각 태양광 패널의 상태를 감지한 데이터를 수집하여 관리하고, 분석하고, 모니터링하기 위한 관리 단말을 포함한다.
본 발명에 의하면, 각 태양광 패널에 개별적으로 센서 모듈을 구비함으로써, 각 태양광 패널의 성능 및 상태 정보를 신속하고 용이하게 검출할 수 있고, 패널 단위로 상시 점검할 수 있으므로 태양광 패널을 안정적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양광 패널 모니터링 시스템 {Solar Panel Monitoring System}
본 발명은 태양광 패널의 발전 성능 및 상태를 감시할 수 있는 태양광 패널 모니터링 시스템에 관한 것이다.
신재생에너지를 이용한 발전 시스템 중에서 태양광 발전 시스템은 태양 에너지를 전기로 변환하는 발전시스템이다. 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 셀을 집합하여 하나의 태양광 패널을 만든다. 이렇게 만들어진 태양광 패널 다수 개를 조합하여 설치함으로써 발전량을 크게 할 수 있다. 이렇게 만들어진 전기는 태양광 인버터를 통해 교류로 변환되어 사용된다.
태양광 패널은 시간이 지날수록 열화가 발생하여 성능이 떨어지는 특성을 갖는다. 또는 여러 내, 외부적 요인에 의하여 태양광 패널마다 열화 정도가 다를 수 있다. 다수 개의 태양광 패널 중에서 일부 패널이 심한 열화 상태일 때 전체 발전량에 영향을 미친다. 따라서 설치된 패널들의 상태를 모니터링하는 기술이 필요하다.
태양광 발전 시스템의 상태를 모니터링하는 기술은 모니터링 범위에 따라서 다양하게 있을 수 있다. 첫째, 전체 시스템의 성능을 모니터링하는 기술이 있다. 이 기술은 태양광 인버터의 입출력 발전량을 모니터링함으로써 전체 태양광 발전시스템의 성능 상태를 모니터링하는 방법이다. 이 방법은 개별 태양광 패널의 어디에서 열화가 발생한 것인지를 알 수 없고 단지 전체 시스템의 성능 추이를 관찰할 수 있다. 둘째, 태양광 발전시스템에서 직렬로 연결된 스트링 단위로 모니터링하는 방법이다. 이 방법은 다수 개의 스트링으로 이루어진 태양광 발전 시스템에서 특정 스트링의 성능 저하를 알 수 있는 장점이 있다. 셋째, 개별 태양광 패널을 모니터링하는 방법이다. 이 방법은 개별 태양광 패널을 모니터링함으로써 특정 패널의 성능 추이를 관찰하여 심한 열화가 발생한 상태일 경우 교체 또는 수리와 같은 처리를 통해 전체 태양광 발전시스템의 성능을 유지하도록 하는데 도움을 줄 수 있다.
이처럼 최근 태양광 발전 관련 업체가 급격히 증가하고 있으나, 태양광 패널의 효율적인 유지보수 관리가 미흡한 실정이다. 더 나아가서 발전 단가의 증가를 초래하는 부가적인 기능보다는 현상태에서 발전량을 최대화시키기 위한 유지 보수 관리 기술이 보다 현실적으로 필요한 방안이다. 즉, 태양광 패널의 수명은 결국 발전 성능의 저하로 결정되기 때문에 외관상 큰 변화가 없다고 하더라도 패널 발전 성능의 변화가 감지될 수 있다. 또한, 외관상 열화가 심각하여 발전 성능이 저하되는 수도 있으며, 이는 정상적인 태양광 패널보다 수명이 짧아지는 문제를 초래할 수 있다. 이러한 문제점을 사전에 방지하고 피해를 줄이기 위해서는 정기적인 점검 뿐만 아니라 역전류 방지 다이오드의 정격 전류와 온도를 감시할 필요가 있다.
대한민국 공개특허 10-2022-0040685
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양광 패널별로 각각 구비된 센서 모듈을 이용하여, 태양광 패널의 발전 성능 및 상태를 감시할 수 있는 태양광 패널 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 태양광 패널 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 각 태양광 패널에 설치되며, 태양광 발전시 역전류를 방지하기 위한 역전류 방지 다이오드를 포함하여 구비되고, 온도를 감지하고, 상기 역전류 방지 다이오드의 고장 유무를 감지하고, 감지한 데이터를 무선통신 방식을 통해 관리 단말로 전송하기 위한 센서 모듈 및 상기 각 센서 모듈로부터 수신한 각 태양광 패널의 상태를 감지한 데이터를 수집하여 관리하고, 분석하고, 모니터링하기 위한 관리 단말을 포함한다.
상기 센서 모듈은 상기 역전류 방지 다이오드가 단락된 상태에서 역방향 전압이 인가된 역 바이어스에서의 누설 전류를 측정하고, 측정한 누설 전류가 미리 정해진 기준치를 초과하면 상기 역전류 방지 다이오드가 고장난 것으로 판단하고, 이 정보를 상기 관리 단말에 전송할 수 있다.
상기 센서 모듈은, 상기 역전류 방지 다이오드가 구비된 역전류 방지 회로인 역전류 방지 회로부, 온도를 감지하기 위한 온도 센서, 상기 역전류 방지 다이오드에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류 측정부, 무선통신 방식으로 상기 관리 단말과 무선통신하기 위한 통신부 및 상기 전류 측정부에서 측정된 상기 역전류 방지 다이오드의 누설 전류가 상기 기준치를 초과하면 상기 역전류 방지 다이오드가 고장이라고 판단하고, 상기 온도 센서에서 측정된 온도 데이터 및 상기 역전류 방지 다이오드 고장 유무 데이터를 상기 통신부를 통해 상기 관리 단말에 전송하는 제어부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 통신부는 블루투스 메쉬 무선통신 방식으로 상기 관리 단말과 통신할 수 있다.
다수의 태양광 패널이 직렬로 연결된 것을 스트링, 다수의 스트링이 어레이 단위로 구축된 것을 그룹이라고 할 때, 상기 관리 단말은, 각 그룹에 대해 순차적으로 제1 단계 테스트를 진행하되, 어느 그룹에서 에러가 발생하면, 에러가 발생한 그룹을 제외한 나머지 그룹에 대해 순차적으로 테스트를 진행하고, 상기 제1 단계 테스트에서 에러가 발생한 그룹의 각 스트링에 대해 순차적으로 제2 단계 테스트를 진행하되, 어느 스트링에서 에러가 발생하면, 에러가 발생한 스트링을 제외한 나머지 스트링에 대해 순차적으로 테스트를 진행하고, 상기 제2 단계 테스트에서 에러가 발생한 스트링의 각 태양광 패널에 대해 순차적으로 제3 단계 테스트를 진행하는 방식으로 태양광 패널의 모니터링을 실시할 수 있다.
본 발명에 의하면, 각 태양광 패널에 개별적으로 센서 모듈을 구비함으로써, 각 태양광 패널의 성능 및 상태 정보를 신속하고 용이하게 검출할 수 있고, 패널 단위로 상시 점검할 수 있으므로 태양광 패널을 안정적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 각 태양광 패널에서 발생한 고장을 사전에 예방하거나, 이상 징후 감지시 신속하게 대응할 수 있으므로, 유지보수가 용이하고 경제적이라는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 모듈의 내부 구조를 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 역전류 방지 다이오드를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 역전류 방지 다이오드에 대한 I/V 곡선을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 그룹을 예시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ID 부여 방식을 예시한 도표이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 모니터링 시스템에서의 테스트 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 패널 모니터링 시스템에서 태양광 패널의 잔류 전하량 측정 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 패널의 잔류 전하에 의한 소수 캐리어 생존 시간 감쇠 양상의 차이를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소수 캐리어 생존 시간을 측정한 결과를 도시한 태양광 패널의 표면을 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 명세서 상에 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 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에서 태양광 패널(100)의 전면이 도시되어 있고, 도 2에서 태양광 패널(100)의 후면이 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 모니터링 시스템은 관리 단말(200) 및 센서 모듈(300)을 포함한다.
관리 단말(200)은 각 센서 모듈(300)로부터 수신한 각 태양광 패널의 상태를 감지한 데이터를 수집하여 관리하고, 분석하고, 모니터링한다. 본 발명에서 관리 단말(200)은 무선 통신 방식으로 각 센서 모듈(300)과 통신 가능한 단말로서, 이동통신 단말기, 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 등을 예로 들 수 있다.
센서 모듈(300)은 각 태양광 패널(100)에 설치되며, 태양광 발전시 역전류를 방지하기 위한 역전류 방지 다이오드를 포함하여 구비되고, 온도를 감지하고, 상기 역전류 방지 다이오드의 고장 유무를 감지하고, 감지한 데이터를 무선통신 방식을 통해 관리 단말(200)로 전송한다.
본 발명에서 센서 모듈(300)은 역전류 방지 다이오드가 단락된 상태에서 역방향 전압이 인가된 역 바이어스(reverse bias)에서의 누설 전류(leakage current)를 측정하고, 측정한 누설 전류가 미리 정해진 기준치를 초과하면 역전류 방지 다이오드가 고장난 것으로 판단하고, 이 정보를 관리 단말(200)에 전송한다.
본 발명의 일 실시예에서 센서 모듈(300)은 각 태양광 패널에 구비된 정션박스와 결합하는 방식으로 구현될 수 있다. 정션박스는 태양광 패널에 의해 생성된 전력을 모아서 전력망에 제공하기 위한 장치로서, 정션박스에는 서로 다른 태양광 패널에 위치한 정션박스들을 서로 연결하기 위한 전력 케이블이 결합되고, 전력 케이블의 터미널은 정션박스 내의 단자대에 체결되어 전기적으로 접속된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 모듈의 내부 구조를 보여주는 블록도이다.
도 3을 참조하면 센서 모듈(300)은 역전류 방지 회로부(310), 온도 센서(320), 전류 측정부(330), 통신부(340)를 포함한다.
역전류 방지 회로부(310)는 역전류 방지 다이오드가 구비된 역전류 방지 회로이다.
온도 센서(320)는 태양광 패널(100)의 온도를 감지하는 역할을 한다.
전류 측정부(330)는 역전류 방지 다이오드에 흐르는 전류를 측정한다.
통신부(340)는 무선통신 방식으로 관리 단말(200)과 무선통신하는 역할을 한다.
제어부(350)는 전류 측정부(330)에서 측정된 역전류 방지 다이오드의 누설 전류가 기준치를 초과하면 역전류 방지 다이오드가 고장이라고 판단하고, 온도 센서에서 측정된 온도 데이터 및 역전류 방지 다이오드 고장 유무 데이터를 통신부(340)를 통해 관리 단말(200)에 전송한다.
본 발명의 일 실시예에서 통신부(340)는 블루투스 메쉬 무선통신 방식으로 관리 단말(200)과 통신할 수 있다. 즉, 통신부(340)는 저전력 통신방식인 블루투스 메쉬(bluetooth mesh) 통신방식(BLE mesh)으로 구현될 수 있다. BLE(Bluetooth Low Energy)는 단순한 재전송(relay) 동작을 이용한 플로딩(Flooding) 기반의 무선 메쉬 기술로, 저전력 IoT(Internet of things) 기기 통신의 인프라로 많이 활용되고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 역전류 방지 다이오드를 도시한 것이다.
도 4에서 역전류 방지 다이오드의 애노드(Anode) 단자(410)에 (+) 전압을 인가하고, 캐소드(Cathode) 단자(420)에 (-) 전압을 인가하는 것이 순방향 바이어스(Forward bias)이고, 반대로 애노드(Anode) 단자(410)에 (-) 전압을 인가하고, 캐소드(Cathode) 단자(420)에 (+) 전압을 인가하는 것이 역방향 바이어스(Reverse bias)이다. 평상시에는 역전류 방지 다이오드에 순방향 바이어스를 걸어 역전류를 방지한다. 그러나, 본 발명에서는 태양광 패널의 상태를 모니터링하기 위하여 역전류 방지 다이오드 회로를 단락하여 역전압을 가하는 역방향 바이어스를 인가하여 역전류 방지 다이오드의 누설 전류를 측정하는 방식을 제안한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 역전류 방지 다이오드에 대한 I/V 곡선을 도시한 것이다.
도 5의 그래프에서 것이 순방향 바이어스(Forward bias)와 역방향 바이어스(Reverse bias)에 따른 I(전류)/V(전압) 곡선이 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 역방향 바이어스에서 역방향 전압이 인가될 때, 항복 전압(breakdown voltage)에 도달하기까지 역전류 방지 다이오드에 누설 전류가 발생하고, 이 누설 전류의 크기(510)를 측정하여 태양광 패널을 진단한다. 즉, 누설 전류의 크기(510)를 기준치와 비교하여, 기준치를 초과하면 역전류 방지 다이오드에 고장이 발생한 것으로 판단하고, 해당 태양광 패널에 문제가 있는 것으로 진단한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 그룹을 예시한 것이다.
도 6을 참조하면, 다수의 태양광 패널(100)이 직렬로 연결된 것을 스트링(610)이라 하고, 다수의 스트링(610)이 어레이 단위로 구축된 것을 그룹(600)이라 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ID 부여 방식을 예시한 도표이다.
도 7의 실시예에서 각 그룹은 8개의 스트링을 포함하고, 각 스트링은 8개의 태양광 패널을 포함하는 것으로 예시하기로 한다.
도 7에서 보는 바와 같이, 그룹, 스트링, 태양광 패널은 단계적, 계층적으로 ID가 부여될 수 있다. 예를 들어, 그룹은 A, B, C..와 같이 ID가 부여될 수 있다.
그리고, 스트링은 Aa, Ab, Ac,..., Ba, Bb, Bc...와 같은 방식으로 ID가 부여될 수 있다.
그리고, 태양광 패널은 Aa1, Aa2, Aa3, Aa4, Aa5, Aa6, Aa7, Aa8, Ab1, Ab2...와 같은 방식으로 ID가 부여될 수 있다.
그래서, A 그룹의 경우, 총 8*8=64 개의 태양광 패널에 ID가 부여될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 에러가 발생한 그룹, 스트링 또는 태양광 패널의 ID를 확인하는 방식으로, 보다 신속하게 고장이 발생한 태양광 패널을 검출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 모니터링 시스템에서의 테스트 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 8을 참조하면 관리 단말(200)은, 각 그룹에 대해 순차적으로 제1 단계 테스트를 진행하되(S401), 어느 그룹에서 에러가 발생하면(S403), 에러가 발생한 그룹을 제외한 나머지 그룹에 대해 순차적으로 테스트를 진행한다(S405, S407).
그리고, 제1 단계 테스트에서 에러가 발생한 그룹의 각 스트링에 대해 순차적으로 제2 단계 테스트를 진행하되(S409), 어느 스트링에서 에러가 발생하면(S411), 에러가 발생한 스트링을 제외한 나머지 스트링에 대해 순차적으로 테스트를 진행한다(S413, S415).
그리고,제2 단계 테스트에서 에러가 발생한 스트링의 각 태양광 패널에 대해 순차적으로 제3 단계 테스트를 진행하는 방식으로 태양광 패널의 모니터링을 실시한다(S417).
본 발명의 일 실시예에서 태양광 패널 모니터링 시스템은 단계별 테스트 방식으로 태양광 패널 테스트를 진행할 수 있다.
즉, 태양광 패널 모니터링 시스템은 각 그룹에 대해 순차적으로 제1 단계 테스트를 진행한다. 이때, 어느 그룹에서 에러가 발생하면, 에러가 발생한 그룹을 제외하고, 나머지 그룹에 대해 순차적으로 테스트를 진행한다. 예를 들어, 메모리 실장 테스트 장치는 A 그룹, B 그룹, C 그룹, D 그룹, E 그룹, F 그룹,... 의 순으로 제1 단계 테스트를 진행할 수 있다.
그리고, 제1 단계 테스트에서 에러가 발생한 그룹의 각 스트링에 대해 순차적으로 제2 단계 테스트를 진행한다. 이때 에러가 발생한 스트링을 제외하고, 나머지 스트링에 대해 순차적으로 테스트를 진행한다. 예를 들어, B 그룹에서 에러가 발생한 경우, B 그룹의 8개 스트링(Ba, Bb, Bc, Bd, Be, Bf, Bg, Bh)에 대해 순차적으로 제2 단계 테스트를 진행할 수 있다.
그리고, 제2 단계 테스트에서 에러가 발생한 스트링의 각 태양광 패널에 대해 순차적으로 제3 단계 테스트를 진행한다. 예를 들어, Bd 스트링에서 에러가 발생한 경우, Bd 스트링의 8개 태양광 패널(Bd1, Bd2, Bd3, Bd4, Bd5, Bd6, Bd7, Bd8)에 대해 순차적으로 제3 단계 테스트를 진행할 수 있다.
이렇게 함으로써, 본 발명의 태양광 패널 모니터링 시스템에서는 테스트 도중 에러가 발생하여도 중단없이 계속 테스트를 진행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 태양광 패널 불량 검출 방법은 전기적 특성 검사를 행한 후의 태양광 패널에 대하여 상기 전기적 특성 검사에 의하여 상기 태양광 패널 내부에 발생하여 잔존하는 잔류 전하량을 소수캐리어 생존시간의 측정 방법을 통하여 측정함으로써, 상기 전기적 특성 검사시에 인가된 전류를 상대적으로 파악하고 전기적 특성 검사 결과를 추적하여 태양광 패널의 불량의 정도를 용이하게 재검출하는 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 패널 모니터링 시스템에서 태양광 패널의 잔류 전하량 측정 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예로서 태양광 패널의 불량을 검출하는 전체적인 과정을 살펴보면, 행한 태양광 패널에 전류를 흐르게 한 후 단락시키고(S910, 이른바 '전기적 특성 검사'), 다음으로 전기적 특성 검사(S910) 과정에 의하여 태양광 패널 내부에 잔류하는 전하량을 측정하기 위하여 소수 캐리어의 생존시간을 측정(S920)하여 이로부터 잔류 전하량을 계산(S930)함으로써 전기적 특성 검사의 결과를 추적할 수 있다.
따라서, 이러한 태양광 패널의 전기적 특성 검사(S910)는 그 자체로도 패널의 특성에 대한 정보를 제공하지만, 검사를 거친 패널에 남은 잔류 전하의 양은 패널 자체의 특성과 검사 결과에 대한 정보를 반영하므로, 추후 전기적 특성 검사 결과를 알지 못하거나 전기적 특성 검사 결과가 단지 합격, 불합격 수준의 부분적인 정보만 제공되는 경우 등에 이를 측정하여 검사 과정에서의 불량 발생 여부나 소자가 가지고 있는 불량 발생 가능성에 대한 위험도를 나타낼 수 있다.
태양광 패널 내부에 소수 캐리어의 생존시간을 측정(S920)하는데, 이는 잔류 전하량을 직접 측정하는 것보다, 소수 캐리어의 생존시간을 측정함으로써 태양광 패널 내부의 잔류 전하량을 간단히 계산해 낼 수 있기 때문이다. 즉, 태양광 패널의 소수 캐리어 생존시간(Minority Carrier Lifetime, MCLT)의 측정(S920)은 범용의 소수 캐리어 생존시간 측정기로 측정을 한다. 이는 범용의 소수 캐리어 생존시간 측정기는 태양광 패널에 대해 전면적이고, 신속한 분석이 가능하기 때문이다.
소수 캐리어 생존시간 측정기가 소수 캐리어 생존시간을 측정하는 방법의 원리는 태양광 패널에 전류를 가하여 소수 캐리어를 잠시 여기시킨 후, 여기된 캐리어들이 자연적으로 감쇠되는 현상이 생기며, 이러한 감쇠 시간을 측정하는 방식으로 행하는데, 잔류 전하 등이 존재하는 경우에는 소수 캐리어의 감쇠시간이 짧아지는 경향을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 패널의 잔류 전하에 의한 소수 캐리어 생존 시간 감쇠 양상의 차이를 나타낸 그래프이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 균질적인 패널에서의 소수 캐리어 생존시간을 나타내는 그래프(㉠)는 시간의 경과에 따라 서서히 감소하는 것에 비하여, 잔류 전하 등이 존재하는 경우에서의 소수 캐리어 생존시간을 나타내는 그래프(㉡)는 상대적으로 급격히 감소하는 경향을 나타낸다.
이렇게 구해진 태양광 패널의 소수 캐리어 생존시간을 측정한 후에는, 전기적인 검사가 수행된 패널 부분의 검사조건과 소수 캐리어 생존시간의 변화량을 비교한다. 즉, 소수 캐리어 생존시간의 측정(S920) 결과로부터 잔류 전하량을 계산(S930)할 수 있는 것이다. 이를 계산하기 위한 수학식은 다음과 같다.
[수학식 1]
[수학식 2]
상기 수학식 1 및 2에서 Qr은 잔류 전하량, Qi는 전류 인가량, Ceff　는 잔류 전하량과 전류인가 량과의 상관 관계를 나타내는 상수이다. 그리고, Δτ는　소수 캐리어 생존 시간의 변화량을 나타내며, τ0는 전기적 검사를 하지 않은 상태에서의 소수 캐리어 생존시간을 나타내며, τp는 전기적 검사를 수행한 후의 소수 캐리어 생존시간을 나타낸다. 또, Cτ는 소수 캐리어 생존시간의 변화량과 잔류 전하량의 상관관계를 나타내는 상수를 의미한다. 즉, Ceff는 태양광 패널의 물리적 특성 및 전기적 특성 검사(S910)의 조건에 따라 달라질 수 있으나, 동일한 구조의 패널에 대해 동일한 조건의 검사(S910)가 수행되었다면 Ceff는 일정한 것으로 볼 수 있다. 그리고, Δτ는 검사를 수행한 경우와 하지 않은 경우의 소수캐리어 생존시간의 차이를 의미한다.
즉, 전기적 특성 검사를 행한 태양광 패널의 내부에 잔류하는 전하량(Qr)은 전류인가량(Qi)에 비례하고, 잔류 전하량(Qr)은 소수 캐리어 생존시간 상관 계수(Cτ)를 매개로 소수 캐리어 생존시간 변화량(Δτ)과 상관 관계를 가진다. 따라서, 소수 캐리어 생존시간 변화량(Δτ)은 Cτ와 Ceff를 상수로 하여 전류 인가량과도 수학식 2와 같은 상관관계를 가진다.
따라서, 소수 캐리어 생존시간 변화량(Δτ)을 측정함으로써 전체 태양광 패널에서의 상대적인 잔류 전하량의 분포를 알아낼 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소수 캐리어 생존 시간을 측정한 결과를 도시한 태양광 패널의 표면을 도시한 것이다.
도 11은 태양광 패널에 대한 전류 인가영역 중의 일부를 확대하여 나타낸 것이며, 전류인가 시간이 길수록 소수 캐리어 생존시간의 감소 현상이 뚜렷이 나타나는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에서 전류인가량(Qi)이 클수록 소수 캐리어 생존시간(MCLT)이 작아 지는 것을 알 수 있다. 따라서, 태양광 패널에 전류를 많이 인가할수록 잔류 전하량이 많아지게 되고, 이에 따라 소수 캐리어 생존시간이 짧아짐을 알 수 있다. 이는 역으로, 소수 캐리어 생존시간을 측정하였을 때, 소수 캐리어 생존시간이 짧은 경우에는 잔류 전하량이 많이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 도 11을 참조하면, 패널 왼편에 상하부로 길게 놓인 영역 내부를 살펴보면, 영역 내에서는 전체적으로 리니어하게 밝기가 변하지만 우상단에 특징적으로 밝게 나타난 부분이 있다. 이는 불량 부분으로서 전류가 인가되어도 잔류 전하가 존재하지 못하므로 소수 캐리어 생존시간의 변화가 없는 부분을 의미한다. 따라서 본 발명의 분석 방법에 의하여 소수 캐리어 생존시간 및 소수 캐리어 생존시간 변화량을 측정하여 역으로 잔류 전하량을 계산함으로써 전기적 검사 결과를 다시 추적할 수 있게 되고, 태양광 패널의 양호 또는 불량에 대한 상대적인 위치와 불량의 정도를 용이하게 검출할 수 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
100 태양광 패널 200 관리 단말
300 센서 모듈 310 역전류 방지 회로부
320 온도센서 330 전류 측정부
340 통신부 350 제어부
600 그룹 610 스트링

Claims (4)

  1. 각 태양광 패널에 설치되며, 태양광 발전시 역전류를 방지하기 위한 역전류 방지 다이오드를 포함하여 구비되고, 온도를 감지하고, 상기 역전류 방지 다이오드의 고장 유무를 감지하고, 감지한 데이터를 무선통신 방식을 통해 관리 단말로 전송하기 위한 센서 모듈; 및
    상기 각 센서 모듈로부터 수신한 각 태양광 패널의 상태를 감지한 데이터를 수집하여 관리하고, 분석하고, 모니터링하기 위한 관리 단말을 포함하며,
    상기 센서 모듈은 상기 역전류 방지 다이오드가 단락된 상태에서 역방향 전압이 인가된 역 바이어스에서의 누설 전류를 측정하고, 측정한 누설 전류가 미리 정해진 기준치를 초과하면 상기 역전류 방지 다이오드가 고장난 것으로 판단하고, 이 정보를 상기 관리 단말에 전송하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 모니터링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 모듈은,
    상기 역전류 방지 다이오드가 구비된 역전류 방지 회로인 역전류 방지 회로부;
    온도를 감지하기 위한 온도 센서;
    상기 역전류 방지 다이오드에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류 측정부;
    무선통신 방식으로 상기 관리 단말과 무선통신하기 위한 통신부; 및
    상기 전류 측정부에서 측정된 상기 역전류 방지 다이오드의 누설 전류가 상기 기준치를 초과하면 상기 역전류 방지 다이오드가 고장이라고 판단하고, 상기 온도 센서에서 측정된 온도 데이터 및 상기 역전류 방지 다이오드 고장 유무 데이터를 상기 통신부를 통해 상기 관리 단말에 전송하는 제어부
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 모니터링 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 통신부는 블루투스 메쉬 무선통신 방식으로 상기 관리 단말과 통신하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 모니터링 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    다수의 태양광 패널이 직렬로 연결된 것을 스트링, 다수의 스트링이 어레이 단위로 구축된 것을 그룹이라고 할 때,
    상기 관리 단말은,
    각 그룹에 대해 순차적으로 제1 단계 테스트를 진행하되, 어느 그룹에서 에러가 발생하면, 에러가 발생한 그룹을 제외한 나머지 그룹에 대해 순차적으로 테스트를 진행하고,
    상기 제1 단계 테스트에서 에러가 발생한 그룹의 각 스트링에 대해 순차적으로 제2 단계 테스트를 진행하되, 어느 스트링에서 에러가 발생하면, 에러가 발생한 스트링을 제외한 나머지 스트링에 대해 순차적으로 테스트를 진행하고,
    상기 제2 단계 테스트에서 에러가 발생한 스트링의 각 태양광 패널에 대해 순차적으로 제3 단계 테스트를 진행하는 방식으로 태양광 패널의 모니터링을 실시하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 모니터링 시스템.
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