WO2023204325A1 - 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치 - Google Patents

태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치 Download PDF

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solar
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김시홍
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation in a solar power generation system. More specifically, in a solar power generation system, a specific panel loses power due to shading, mismatch, or aging, etc. When this goes down, at the same time, other normal panels also go down due to a current bottleneck caused by the Christmas tree light effect, which allows the panel of the solar power generation system to determine the cause of the overall power drop in the solar power generation system. This relates to a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by deviation.
  • solar power generation systems are a member of the development of alternative energy to promote the expansion and distribution of new and renewable energy, and thanks to the pollution-free and infinite nature of solar energy, solar power systems are being used in developed countries as a measure to address global environmental problems and diversify future energy sources. Research and development are actively underway, and efforts are being made to improve the efficiency of solar power generation systems and to commercialize optimized power generation devices.
  • the solar power generation system uses the light energy of the sun by directly converting it into electrical energy using a photo-electric converter called a solar module. That is, it is composed of connecting a plurality of solar power generation modules in series and parallel and connecting them to a power conversion device. I do it.
  • the conventional solar power generation system is configured with an MPPT (Maximum Power Point Tracking) function and communication function built into the inverter applied to the string method.
  • MPPT Maximum Power Point Tracking
  • the inverter applied to the string method.
  • MPPT Maximum Power Point Tracking
  • the total power produced is 900 [W], but as shown in (b) of Figure 1, when a deviation occurs in a specific panel, the current of the specific panel goes down from 10 [A] to 3.3 [A].
  • the panel produces only 100[W] of power, and at this time, other panels that produce normal power without panel deviation also simultaneously produce 10[W] of current due to the current bottleneck caused by the Christmas tree light effect.
  • the power decreases from [A] to 3.3 [A]
  • a large power loss occurs, with the total power lowering to 300 [W].
  • the present invention was devised to improve the conventional problems as described above, and its purpose is to provide a Christmas tree light effect that occurs as power goes down due to shading, mismatch, or aging of a specific panel in a solar power generation system.
  • the purpose is to provide a test device to identify the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of a solar power generation system, allowing the cause of the current bottleneck phenomenon to be identified.
  • a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of a solar power generation system is installed at a certain location in the solar power generation system and generates a predetermined voltage by the photoelectric effect. and a plurality of solar panels producing electric current; a plurality of power detection means mounted on each of the plurality of solar panels to detect current and voltage values from the corresponding panel; a gateway that collects and transmits the power values of each solar panel wirelessly transmitted from the plurality of power detection means; It is characterized by comprising a monitoring means for displaying the real-time power value of each solar panel transmitted through the gateway for each panel.
  • the power detection means is a module having a wireless communication function and a bipad mode operation function.
  • the power detection means having a wireless communication function and a bipad mode operation function;
  • a startup mode step of maintaining the output power in an off state when the input voltage is below a certain value;
  • the bypass operation module value is recognized, and then the bypass operation is performed and the power of the panel is transmitted as is to the output terminal;
  • the control is carried out in the process of transmitting current and voltage data of the input and output terminals for the corresponding panel to the gateway.
  • the power detection means is a power optimizer having a wireless communication function and an MPPT (Maximum Power Point Tracking) mode operation function.
  • MPPT Maximum Power Point Tracking
  • the power detection means having a wireless communication function and an MPPT mode operation function;
  • a startup mode step of maintaining the output power in an off state when the input voltage is below a certain value;
  • a DC-DC buck operation is performed on the output voltage and current after recognizing the power optimizer value, and the optimized power is transmitted to the output terminal;
  • the control is carried out in the process of transmitting current and voltage data of the input and output terminals for the corresponding panel to the gateway.
  • Figure 1 is a diagram for explaining the Christmas tree light effect phenomenon that occurs due to panel deviation in a conventional solar power generation system
  • Figure 2a is a block diagram showing the configuration of a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2b is a block diagram showing the configuration of a power detection means (Through In algorithm operation module) applied to a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention
  • 3A and 3B are flowcharts showing the control process of a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4a is a block diagram showing the configuration of a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon due to panel deviation of a solar power generation system according to another embodiment of the present invention
  • Figure 4b is a block diagram showing the configuration of a power detection means (MPPT algorithm operation module) applied to a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of a solar power generation system according to another embodiment of the present invention
  • 5A and 5B are flowcharts showing the control process of a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of a solar power generation system according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram showing an empirical example of the power difference according to shading according to the Christmas tree light effect principle through a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of the solar power generation system according to the present invention.
  • the present invention includes a plurality of solar panels installed at a certain location in a solar power generation system and producing a predetermined voltage and current by the photoelectric effect; a plurality of power detection means mounted on each of the plurality of solar panels to detect current and voltage values from the corresponding panel; a gateway that collects and transmits the power values of each solar panel wirelessly transmitted from the plurality of power detection means; A test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of a solar power generation system, comprising a monitoring means for displaying the real-time power value of each solar panel transmitted through the gateway for each panel. presents.
  • Figure 2a is a block diagram showing the configuration of a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of a solar power generation system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2b is a solar power system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4a is a block diagram showing the configuration of a power detection means (Through In algorithm operation module) applied to a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of the power generation system.
  • Figure 4a is a solar power according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4b is a block diagram showing the configuration of a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon due to panel deviation of the power generation system.
  • Figure 4b shows the identification of the Christmas tree light effect phenomenon due to panel deviation of the solar power generation system according to another embodiment of the present invention.
  • This is a block diagram showing the configuration of the power detection means (MPPT algorithm operation module) applied to the test device.
  • MPPT algorithm operation module MPPT algorithm operation module
  • a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of a solar power generation system is a Christmas tree light effect generated when power is down due to shading, mismatch, or aging of a specific panel in the solar power generation system. This is done to enable identification of the cause of the current bottleneck phenomenon caused by the light effect phenomenon.
  • the test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of the solar power generation system according to the present invention is, when the same number of panels is applied to the same power plant and the same shade is given, the device of one embodiment of the present invention While proving the current bottleneck phenomenon caused by the occurrence of the Christmas tree light effect, in the device of another embodiment of the present invention, the current bottleneck phenomenon caused by the Christmas tree light effect is resolved through the installation of a power optimizer, thereby producing the Christmas tree effect. It is possible to identify the current bottleneck phenomenon caused by this phenomenon.
  • the test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of the solar power generation system is a plurality of solar panels (10) installed at a certain location and producing a predetermined voltage and current by the photoelectric effect. ) and a plurality of power detection means mounted on each of the plurality of solar panels 10 to detect current and voltage values from the respective panels, and each solar panel 10 output from the plurality of power detection means
  • a gateway 40 that receives voltage, current data, and power data and then transmits them to the outside through a network, and a server to process real-time monitoring information of each solar panel 10 received through the gateway 40.
  • it is configured to include a monitoring means 60 equipped with a cloud, etc.
  • the power detection means 20a is applied with a Through In algorithm operation module to perform the wireless communication function and the bipad mode operation function. .
  • Each of the Through In algorithm operation modules is connected to the corresponding solar panel 10 to receive a predetermined power input, and the output terminal of the module is connected to an external inverter 60 or multiple modules are connected to each other.
  • Reference numerals 70, 72, and 74 indicate a connection panel, environmental sensor, and distribution panel, respectively.
  • the Through In algorithm operation module applied to the power detection means (20a) includes an input sensing unit 22, a DC/DC converter 44, an output sensing unit 28, a gate driver 26, and an MCU 30. It consists of, etc.
  • the input sensing unit 22 is connected to the input terminal to detect the current and voltage values produced by the solar panel 10, and the output sensing unit 28 detects the current and voltage output through the output terminal. This is done to detect the value.
  • the DC/DC converter 24 is operated by a command from the gate driver 26 according to a control signal from the MCU 30 and is configured to perform DC/DC conversion on the voltage input through the input terminal.
  • the MCU (30) is a control means with a built-in Through In algorithm and wireless communication function.
  • the MCU (30) operates according to the Through In algorithm, but when the bypass operation module value is recognized, the bypass operation is performed. It is configured to control the voltage and current of the corresponding panel to be transmitted as is to the output terminal.
  • real-time monitoring data on the input voltage and current values of the solar panel 10 and the output voltage and current values are transmitted to the monitoring means through the gateway 40. It is transmitted to (60) and controlled to be displayed through a display means such as a control PC or mobile phone.
  • Reference numerals 32, 34, and 36 represent an analog/digital converter, memory, and power supply, respectively.
  • the power detection means 20b uses an MPPT algorithm to perform a wireless communication function and an MPPT (Maximum Power Point Tracking) mode operation function.
  • MPPT Maximum Power Point Tracking
  • the included power optimizer operation module is applied.
  • the power optimizer operation module of the power detection means 20b is connected to the solar panel 10 to receive a predetermined power input, and the output terminal of the module is connected to the external inverter 50 or multiple modules are connected to each other.
  • the power optimizer operation module includes an input sensing unit 22, a DC/DC converter 24, an output sensing unit 28, a gate driver 26, and an MCU 30.
  • the MCU 30 has a built-in MPPT algorithm, recognizes the power optimizer value, and then controls the voltage and current of the panel through the DC-DC buck operation of the DC/DC converter 24 to optimize power. Control is performed so that it is transmitted to this output terminal.
  • the test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of the solar power generation system according to the present invention is after the power detection means performs a series of controls according to the current and voltage values of each solar panel (10).
  • the information is transmitted to the monitoring means 60 through the gateway 40.
  • the output power is maintained in an off state when the input voltage is below a certain value in the startup mode stage, while the output power is maintained in an off state when the input voltage exceeds a certain value. If determined, the process of sensing the current and voltage of the input and output terminals of the solar panel 10 through the power detection means 20a proceeds (S 1-2 and S 1-2).
  • the input terminal and output terminal for the solar panel 10 are connected. Control is made so that current and voltage data are transmitted to the gateway 40 (S 1-6), and then a process of determining whether to be in bypass mode is performed (S 1-7).
  • the gateway 40 is in the initialization state when current and voltage data of the input and output terminals for each solar panel 10 are transmitted from the plurality of power detection means 20a (S 3-1 and S 3-2), the gateway 40 recognizes the monitoring information of each solar panel 10 transmitted from the plurality of power detection means 20a, and then sends the corresponding information to a remote location through the network. It is transmitted to the monitoring means 60 consisting of a server, etc. (S 3-3), and the information is displayed through a control PC or a mobile phone equipped with a predetermined app, and the manager provides real-time information about each panel. Monitoring becomes possible (S 3-4).
  • the power detection means 20b detects currents at the input and output terminals for the solar panel 10, and After the voltage sensing process has progressed (S 2-1 and S 2-2), if it is determined that the power optimizer has been applied to the power detection means (20b) in 'S 2-3', the power detection means (20b) After recognizing the power optimizer value according to the operation of the MPPT algorithm, DC-DC buck operation is performed on the output voltage and current, and control is performed so that the optimized power is transmitted to the output terminal (S 2-4).
  • the DC/DC converter 24 performs the Buck operation, so that the low current of the specific solar panel 10 in which the panel deviation occurs is the panel deviation. As the current is raised to a high level that does not occur, the current bottleneck caused by the Christmas tree light effect can be improved.
  • the current and voltage data of the input and output terminals for the solar panel 10 are transmitted in real time to the gateway 40 (S 2-5 and S 2-6), the process of determining whether MPPT is performed is performed (S 2-7).
  • the gateway 40 recognizes the monitoring information of each solar panel 10 transmitted from the plurality of power detection means 20b, the information is transmitted through a network network to a monitoring means configured as a remote server, etc. 60), a manager located in a remote location can check the status information of each solar panel 10 in real time through a control PC, etc.
  • the power difference according to shading according to the Christmas tree light effect principle is demonstrated through a test device for identifying the Christmas tree light effect phenomenon caused by panel deviation of the solar power generation system according to the present invention. This is possible.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치에 관한 것으로, 태양광 발전 시스템에서 특정 패널의 음영이나 미스매치, 노후 등으로 전력이 다운됨에 따라 발생되는 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상에 의한 전류 병목 현상의 원인을 규명할 수 있도록 한 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치를 제공함에 그 목적이 있다. 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치는, 태양광 발전 시스템에서 일정 장소에 설치되어 광전효과에 의해 소정 전압 및 전류를 생산하는 다수 개의 태양광 패널과; 상기 다수 개의 태양광 패널 각각에 장착되어 해당 패널로부터의 전류 및 전압 값을 검출하는 다수 개의 전력검출수단과; 상기 다수 개의 전력검출수단으로부터 무선으로 전송된 각 태양광 패널의 전력 값을 수집하여 전달하는 게이트웨이 및; 상기 게이트웨이를 통해 전송된 각 태양광 패널의 실시간 전력 값을 패널별로 표시하는 모니터링 수단;을 포함하여 구성된다.

Description

태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치
본 발명은 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 발전 시스템에서 특정 패널이 음영이나 미스매치, 노후 등의 원인에 의해 전력이 다운되는 경우, 그와 동시에 정상적인 다른 패널들도 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상에 의한 전류 병목 현상으로 전류가 다운되면서 태양광 발전 시스템의 전체 전력이 떨어지는 원인을 규명할 수 있도록 한 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전 시스템은 신재생 에너지의 확대 보급을 촉진하기 위한 대체에너지 개발의 일원으로, 태양 에너지의 무공해성 및 무한정성에 힘입어 지구 환경 문제와 미래 에너지원의 다각화 대책으로서 선진 각국에서 활발히 연구 개발이 진행되고 있으며, 최근 태양광 발전시스템의 효율향상과 최적화 발전장치의 실용화에도 박차를 가하고 있는 실정이다.
상기 태양광 발전 시스템은 태양의 빛 에너지를 태양광 모듈이라는 광-전 변환기를 사용하여 직접 전기 에너지로 변환시켜 이용하는 것으로, 즉 복수의 태양광 발전모듈들을 직병렬 접속하여 전력변환장치에 연결하여 구성하게 된다.
이때, 하나의 태양광 발전모듈 단독으로는 출력전압이 매우 낮으므로, 전력변환장치에 필요한 입력전압으로 승압하기 위해서는 다수의 태양광 발전모듈들을 스트링 방식으로 직렬 접속하고, 다시 직렬 접속된 다수 개의 어레이를 병렬로 연결하여 최종 전력을 얻을 수 있도록 구성된다.
여기에서, 종래의 태양광 발전 시스템은 스트링 방식에 적용되는 인버터에 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기능 및 통신기능이 내장되어 구성되는데, 이러한 경우 패널별 모니터링이 불가능한 구조를 갖게 되므로, 유지보수나 고장진단, 원격제어, 전력손실 개선 등이 근본적으로 어려운 문제점이 발생하게 된다.
즉, 종래의 태양광 발전 시스템에서는 특정 패널에 음영, 미스매치 노후 등이 발생하는 경우, 해당 패널의 전류가 다운되면서 전력이 다운되고, 그와 동시에 정상적인 패널도 크리스마스 트리 라이트 이팩트 현상에 의한 전류 병목 현상으로 전류가 다운되면서 태양광 발전 시스템의 전체 전력을 떨어뜨리게 된다.
도 1을 참조하여 설명하면, 도 1의 (가)에 도시된 바와 같이, 각 패널이 편차없이 정상적으로 동작하는 상태에서 각 패널은 30[V]×10[A] = 300[W]의 전력을 생산하여 전체 전력은 900[W]가 되지만, 도 1의 (나)에 도시된 바와 같이, 특정 패널에 편차가 발생하는 경우, 특정 패널의 전류가 10[A]에서 3.3[A]로 다운되어 그 패널의 전력은 100[W]의 전력만을 생산하게 되며, 이때 패널편차가 발생하지 않은 정상전력을 생산하는 다른 패널들도 크리스마스 트리 라이트 이펙트에 의한 전류병목 현상으로 동시다발적으로 전류가 10[A]에서 3.3[A]로 다운되면서 전체 전력이 300[W]로 다운되는 큰 전력손실이 발생하게 된다.
그러나, 종래에는 상술한 바와 같은 크리스마스 트리 라이트 이팩트 현상에 의한 전력 저하의 원인을 명확하게 규명하지 못함에 따라, 태양광 발전 시스템의 효율을 향상시키는데 한계가 있는 문제점이 발생하게 되었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 태양광 발전 시스템에서 특정 패널의 음영이나 미스매치, 노후 등으로 전력이 다운됨에 따라 발생되는 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상에 의한 전류 병목 현상의 원인을 규명할 수 있도록 한 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치는, 태양광 발전 시스템에서 일정 장소에 설치되어 광전효과에 의해 소정 전압 및 전류를 생산하는 다수 개의 태양광 패널과; 상기 다수 개의 태양광 패널 각각에 장착되어 해당 패널로부터의 전류 및 전압 값을 검출하는 다수 개의 전력검출수단과; 상기 다수 개의 전력검출수단으로부터 무선으로 전송된 각 태양광 패널의 전력 값을 수집하여 전달하는 게이트웨이 및; 상기 게이트웨이를 통해 전송된 각 태양광 패널의 실시간 전력 값을 패널별로 표시하는 모니터링 수단을 포함하여 구성된 것;을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 전력검출수단은, 무선통신 기능 및 바이패드 모드 동작 기능을 갖는 모듈인 것을 특징으로 한다.
이때, 무선통신 기능 및 바이패드 모드 동작 기능을 갖는 전력검출수단은; 전력 인가에 따른 전원 온(on) 상태에서, 입력 전압이 일정 수치 이하일 경우 출력 전력의 오프(off) 상태를 유지하는 스타트업 모드(Startup mode) 단계와; 상기 스타트업 모드 단계 이후, 상기 전력검출수단을 매개로 해당 패널에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압이 센싱되는 단계와; 상기 전력검출수단의 바이패드 동작에 따라, 바이패스 동작 모듈 값 인식 후 바이패스 동작이 수행되면서 출력단으로 패널의 전력이 그대로 전송되는 단계 및; 상기 게이트웨이의 데이터 전송 요청에 따라, 해당 패널에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압 데이터가 게이트웨이 측으로 전송되는 단계의 과정으로 제어가 이루어짐이 바람직하다.
또한 바람직하게, 상기 전력검출수단은, 무선통신 기능 및 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 모드 동작 기능을 갖는 전력최적화기인 것을 특징으로 한다.
이때, 무선통신 기능 및 MPPT 모드 동작 기능을 갖는 전력검출수단은; 전력 인가에 따른 전원 온(on) 상태에서, 입력 전압이 일정 수치 이하일 경우 출력 전력의 오프(off) 상태를 유지하는 스타트업 모드(Startup mode) 단계와; 상기 스타트업 모드 단계 이후, 상기 전력검출수단을 매개로 해당 패널에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압이 센싱되는 단계와; 상기 전력검출수단의 MPPT 동작에 따라, 전력최적화기 값 인식 후 출력 전압 및 전류에 대한 DC-DC Buck 동작이 수행되면서 출력단으로 최적화된 전력이 전송되는 단계 및; 상기 게이트웨이의 데이터 전송 요청에 따라, 해당 패널에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압 데이터가 게이트웨이 측으로 전송되는 단계의 과정으로 제어가 이루어짐이 바람직하다.
상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 태양광 발전 시스템에서 특정 패널의 음영이나 미스매치, 노후 등으로 전력이 다운됨에 따라 발생되는 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상에 의한 전류 병목 현상의 원인을 규명함에 따라, 태양광 발전소의 전력효율 개선을 통한 발전량의 증가를 달성할 수 있는 효과가 있게 된다.
즉, 태양광 발전소에서 발생되는 패널편차의 핵심원리인 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상을 실증을 통해 규명하므로서, 태양광 발전 시스템의 발전원리를 체계화 할 수 있게 되며, 이를 기초로 태양광 발전 시스템의 기술을 향상에 기여할 수 있는 효과가 있게 되는 것이다.
도 1은 종래의 태양광 발전 시스템에서 패널편차에 따라 발생되는 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상을 설명하기 위한 도면,
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치에 적용되는 전력검출수단(Through In 알고리즘 동작 모듈)의 구성을 나타내는 블록도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치의 제어과정을 나타내는 플로우차트,
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치에 적용되는 전력검출수단(MPPT 알고리즘 동작 모듈)의 구성을 나타내는 블록도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치의 제어과정을 나타내는 플로우차트,
도 6은 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치를 통해 크리스마스 트리 라이트 이펙트 원리에 의한 음영에 따른 전력 차이의 실증 사례를 나타내는 도면이다.
본 발명은 최선의 형태로, 태양광 발전 시스템에서 일정 장소에 설치되어 광전효과에 의해 소정 전압 및 전류를 생산하는 다수 개의 태양광 패널과; 상기 다수 개의 태양광 패널 각각에 장착되어 해당 패널로부터의 전류 및 전압 값을 검출하는 다수 개의 전력검출수단과; 상기 다수 개의 전력검출수단으로부터 무선으로 전송된 각 태양광 패널의 전력 값을 수집하여 전달하는 게이트웨이 및; 상기 게이트웨이를 통해 전송된 각 태양광 패널의 실시간 전력 값을 패널별로 표시하는 모니터링 수단을 포함하여 구성된 것;을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치를 제시한다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치의 구성을 나타내는 블록도, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치에 적용되는 전력검출수단(Through In 알고리즘 동작 모듈)의 구성을 나타내는 블록도, 도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치의 구성을 나타내는 블록도, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치에 적용되는 전력검출수단(MPPT 알고리즘 동작 모듈)의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치는, 태양광 발전 시스템에서 특정 패널의 음영이나 미스매치, 노후 등으로 전력이 다운됨에 따라 발생되는 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상에 의한 전류 병목 현상의 원인의 규명이 가능하도록 이루어진다.
즉, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치는, 동일 발전소에 동일 패널수를 적용하여 동일 음영을 주었을 때, 본 발명의 일실시예의 장치에서는 크리스마스 트리 라이트 이펙트의 발생에 의한 전류 병목 현상을 증명하는 한편, 본 발명의 다른 실시예의 장치에서는 전력최적화기의 장착을 통해 크리스마트 트리 라이트 이펙트에 의한 전류 병목 현상이 해소되도록 함에 따라, 크리스마스 트리 이펙트 현상에 의한 전류 병목 현상을 규명할 수가 있게 된다.
먼저, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치는, 일정 장소에 설치되어 광전효과에 의해 소정 전압 및 전류를 생산하는 다수 개의 태양광 패널(10)과, 상기 다수 개의 태양광 패널(10) 각각에 장착되어 해당 패널로부터의 전류 및 전압 값을 검출하는 다수 개의 전력검출수단과, 상기 다수 개의 전력검출수단으로부터 출력되는 각 태양광 패널(10)의 전압 및 전류 데이터, 전력 데이터를 수신한 후 네트워크망을 통해 외부로 전송하는 게이트웨이(40) 및, 상기 게이트웨이(40)를 통해 수신된 각 태양광 패널(10)의 실시간 모니터링 정보가 처리되도록 서버 또는 크라우드가 구비된 모니터링 수단(60) 등을 포함하여 구성된다.
여기에서, 본 발명의 일실시예에 따라, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 전력검출수단(20a)은 무선통신 기능 및 바이패드 모드 동작 기능을 수행하도록 Through In 알고리즘 동작 모듈이 적용된다.
상기 Through In 알고리즘 동작 모듈은 각각은 해당 태양광 패널(10)과 연결되어 소정 전원이 입력됨과 아울러, 모듈의 출력단은 외부 인버터(60)와 연결되거나 또는 다수 개의 모듈 상호 간이 연결되어 구성된다.
참조부호 70, 72, 74는 각각 접속반, 환경센서, 분전반을 나타낸다.
그리고, 상기 전력검출수단(20a)에 적용되는 Through In 알고리즘 동작 모듈은 입력 센싱부(22)와 DC/DC 컨버터(44)와 출력 센싱부(28)와 게이트 드라이버(26) 및 MCU(30) 등을 포함하여 구성된다.
상기 입력 센싱부(22)는 상기 입력단에 연결되어 해당 태양광 패널(10)에서 생산된 전류 및 전압 값을 검출하도록 이루어지며, 상기 출력 센싱부(28)는 상기 출력단을 통해 출력되는 전류 및 전압 값을 검출하도록 이루어진다.
상기 DC/DC 컨버터(24)는 상기 MCU(30)로부터의 제어신호에 따른 게이트 드라이버(26)의 명령에 의해 동작되면서 상기 입력단을 통해 입력된 전압에 대한 DC/DC 변환을 수행하도록 구성된다.
상기 MCU(30)는 Through In 알고리즘 및 무선통신 기능이 내장된 제어수단으로, 상기 MCU(30)는 Through In 알고리즘에 따라 동작이 이루어지되, 바이패스 동작 모듈 값이 인식되면, 바이패스 동작이 수행되면서 해당 패널의 전압 및 전류가 그대로 출력단으로 전송되게 제어를 행하도록 구성된다.
또, 상기 MCU(30)의 무선통신 기능을 통해서는 해당 태양광 패널(10)의 입력 전압 및 전류 값, 상기 출력 전압 및 전류 값에 대한 실시간 모니터링 데이터가 상기 게이트웨이(40)를 거쳐 상기 모니터링 수단(60)으로 전송되어 제어용 PC나 모바일 폰 등의 디스플레이 수단을 통해 표시되도록 제어가 이루어지게 된다.
참조부호 32,34,36은 각각 아날로그/디지털 컨버터와, 메모리 및, 파워 서플라이를 나타낸다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 전력검출수단(20b)으로는 무선통신 기능 및 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 모드 동작 기능을 수행하도록 MPPT 알고리즘이 포함된 전력최적화기 동작 모듈이 적용된다.
상기 전력검출수단(20b)의 전력최적화기 동작 모듈은 해당 태양광 패널(10)과 연결되어 소정 전원이 입력되며, 모듈의 출력단은 외부 인버터(50)와 연결되거나 또는 다수 개의 모듈 상호 간이 연결되어 구성되며, 상기 전력최적화기 동작 모듈은 입력 센싱부(22)와 DC/DC 컨버터(24)와 출력 센싱부(28)와 게이트 드라이버(26) 및 MCU(30) 등을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 MCU(30)에는 MPPT 알고리즘이 내장되어, 전력최적화기 값을 인식한 후 상기 DC/DC 컨버터(24)의 DC-DC Buck 동작을 통해 해당 패널의 전압 및 전류가 제어되면서 최적화된 전력이 출력단으로 전송되도록 제어를 행하게 된다.
이어, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 동작에 대해 도를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치는, 각 태양광 패널(10)의 전류 및 전압 값에 따라 상기 전력검출수단이 일련의 제어를 행한 후 해당 정보를 게이트웨이(40)를 거쳐 모니터링 수단(60)으로 전송하도록 이루어진다.
먼저, 도 3a 및 도 3b에 도시된 본 발명의 일실시예에서는, 스타트업 모드 단계에서 입력 전압이 일정 수치 이하일 경우 출력 전력의 오프 상태를 유지하는 한편, 상기 입력 전압이 일정 수치를 초과하는 것으로 판단되면, 상기 전력검출수단(20a)을 통해 해당 태양광 패널(10)에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압이 센싱되는 과정이 진행되게 된다(S 1-2 및 S 1-2).
그 후, 'S 1-3'의 판단결과, 상기 전력검출수단(20a)으로 Through In 알고리즘 동작 모듈이 적용된 경우, 해당 태양광 패널(10)의 전류 및 전압에 대한 바이패스 동작이 수행되면서 출력단으로 패널의 전력이 그대로 전송되도록 제어가 이루어지게 된다(S 1-4).
여기에서, 상기 전력검출수단(20a)의 Through In 알고리즘 동작 모듈에서 출력단으로 패널의 전력이 전송되는데 있어서, Duty=100% 이면 완전 바이패스가 이루어지게 되며, 부분적으로 필요 시에는 Duty를 95% 이상 조절하여 출력단으로 전송할 수도 있게 된다.
그리고, 상기 전력검출수단(20a)에 구비된 무선통신 기능을 통해서는 상기 상기 게이트웨이(40)의 데이터 전송 요청에 따라(S 1-5), 해당 태양광 패널(10)에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압 데이터가 상기 게이트웨이(40) 측으로 전송되도록 제어가 이루어지게 되며(S 1-6), 그 후 바이패스 모드 여부를 판단하는 과정을 수행하게 된다(S 1-7).
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트웨이(40)는 초기화 상태에서 다수 개의 전력검출수단(20a)으로부터 각 태양광 패널(10)에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압 데이터가 전송되면(S 3-1 및 S 3-2), 상기 게이트웨이(40)는 다수 개의 전력검출수단(20a)으로부터 전송된 각 태양광 패널(10)의 모니터링 정보를 인식한 후, 해당 정보를 네트워크망을 통해 원격지의 서버 등으로 구성된 모니터링 수단(60)으로 전송하게 되며(S 3-3), 이에 해당 정보는 제어용 PC나 소정 앱이 탑재된 모바일 폰 등을 통해 표시되면서 해당 관리자는 각 패널에 대한 실시간 정보를 모니터링 할 수 있게 된다(S 3-4).
또, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에 있어서는, 스타트업 모드 단계를 거쳐 상기 전력검출수단(20b)에서 해당 태양광 패널(10)에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압이 센싱되는 과정이 진행된 후(S 2-1 및 S 2-2), 'S 2-3'에서 상기 전력검출수단(20b)으로 전력최적화기가 적용된 것으로 판단되면, 상기 전력검출수단(20b)의 MPPT 알고리즘 동작에 따른 전력최적화기 값 인식 후, 출력 전압 및 전류에 대한 DC-DC Buck 동작이 수행되면서 출력단으로 최적화된 전력이 전송되도록 제어가 이루어지게 된다(S 2-4).
즉, 상기 전력최적화기(20b)에서 MPPT 알고리즘이 수행된 이후에는 상기 DC/DC 컨버터(24)에서 Buck 동작을 수행함에 따라, 패널 편차가 생긴 특정 태양광 패널(10)의 낮은 전류가 패널 편차가 생기지 않은 높은 전류로 끌어올려지게 되면서, 크리스마스 트리 라이트 이펙트에 의한 전류 병목 현상이 개선될 수 있게 되는 것이다.
그리고, 상기 전력최적화기(20b)의 무선통신 기능을 통해 해당 태양광 패널(10)에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압 데이터는 상기 게이트웨이(40) 측으로 실시간으로 전송된 후(S 2-5 및 S 2-6), MPPT 여부를 판단하는 과정이 수행되게 된다(S 2-7).
이에, 상기 게이트웨이(40)에서 다수 개의 전력검출수단(20b)으로부터 전송된 각 태양광 패널(10)의 모니터링 정보를 인식한 후, 해당 정보가 네트워크망을 통해 원격지의 서버 등으로 구성된 모니터링 수단(60)으로 전송되도록 제어가 이루어짐에 따라, 원격지에 위치한 관리자는 제어용 PC 등을 통해 실시간으로 각 태양광 패널(10)의 상태정보를 파악할 수가 있게 된다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치를 통해서는 크리스마스 트리 라이트 이펙트 원리에 의한 음영에 따른 전력 차이의 실증이 가능하다.
즉, Through In 모드 동작 모듈이 장착된 본 발명의 일실시예에서는 음영이 진 첫번째 패널의 전력 다운 수준과 동일한 수준으로 나머지 패널들의 전력이 다운되면서 토탈 전력 = 628[W]의 값을 나타내지만(도 6의 (가)), 전력최적화기(MPPT 모듈)가 장착된 본 발명의 다른 실시예에서는 음영이 진 첫번째 패널만 전력이 다운되고, 나머지 패널은 정상 전력을 출력시킴에 따라 토탈 전력 = 720[W]의 값을 나타냄을 알 수 있다(도 6의 (나)).
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 수정이 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 및 수정 발명들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되는 것이다.

Claims (5)

  1. 태양광 발전 시스템에서 일정 장소에 설치되어 광전효과에 의해 소정 전압 및 전류를 생산하는 다수 개의 태양광 패널과;
    상기 다수 개의 태양광 패널 각각에 장착되어 해당 패널로부터의 전류 및 전압 값을 검출하는 다수 개의 전력검출수단과;
    상기 다수 개의 전력검출수단으로부터 무선으로 전송된 각 태양광 패널의 전력 값을 수집하여 전달하는 게이트웨이 및;
    상기 게이트웨이를 통해 전송된 각 태양광 패널의 실시간 전력 값을 패널별로 표시하는 모니터링 수단을 포함하여 구성된 것;을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전력검출수단은,
    무선통신 기능 및 바이패드 모드 동작 기능을 갖는 모듈인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    무선통신 기능 및 바이패드 모드 동작 기능을 갖는 전력검출수단은;
    전력 인가에 따른 전원 온(on) 상태에서, 입력 전압이 일정 수치 이하일 경우 출력 전력의 오프(off) 상태를 유지하는 스타트업 모드(Startup mode) 단계와;
    상기 스타트업 모드 단계 이후, 상기 전력검출수단을 매개로 해당 패널에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압이 센싱되는 단계와;
    상기 전력검출수단의 바이패드 동작에 따라, 바이패스 동작 모듈 값 인식 후 바이패스 동작이 수행되면서 출력단으로 패널의 전력이 그대로 전송되는 단계 및;
    상기 게이트웨이의 데이터 전송 요청에 따라, 해당 패널에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압 데이터가 게이트웨이 측으로 전송되는 단계의 과정으로 제어가 이루어지는 것;을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전력검출수단은,
    무선통신 기능 및 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 모드 동작 기능을 갖는 전력최적화기인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    무선통신 기능 및 MPPT 모드 동작 기능을 갖는 전력검출수단은;
    전력 인가에 따른 전원 온(on) 상태에서, 입력 전압이 일정 수치 이하일 경우 출력 전력의 오프(off) 상태를 유지하는 스타트업 모드(Startup mode) 단계와;
    상기 스타트업 모드 단계 이후, 상기 전력검출수단을 매개로 해당 패널에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압이 센싱되는 단계와;
    상기 전력검출수단의 MPPT 동작에 따라, 전력최적화기 값 인식 후 출력 전압 및 전류에 대한 DC-DC Buck 동작이 수행되면서 출력단으로 최적화된 전력이 전송되는 단계 및;
    상기 게이트웨이의 데이터 전송 요청에 따라, 해당 패널에 대한 입력단과 출력단의 전류 및 전압 데이터가 게이트웨이 측으로 전송되는 단계의 과정으로 제어가 이루어지는 것;을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 패널편차에 의한 크리스마스 트리 라이트 이펙트 현상 규명을 위한 테스트 장치.
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