KR101245827B1 - 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 특히 태양광 발전시스템 분야에 대한 에너지 효율 향상 및 원가 절감을 개선하기 위해 각 태양광모듈(PV Module)에 MiC(Micro inverter Converter)를 구비하고, 상기 MiC에서 실시간 모듈단위의 환경/상황요인 대응, 전력/환경 감시를 수행하는 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치에 관한 것이다.
종래의 태양광발전 시스템에서는 PV Module Array(PV Module을 여러개 직렬로 연결된 군)에서만 이상 유무를 검출하기 때문에 태양광모듈 고장시 직접적으로 어떤 태양광모듈이 고장이 발생되었는지 확인할 수 없는 문제점이 있으므로, 이를 개선하기 위해 본 발명은 다수의 솔라셀이 직렬로 연결된 복수의 셀모듈과, 상기 각 셀모듈의 전류를 우회시키는 바이패스 다이오드D1, D2, D3를 포함하는 태양광모듈에 있어서, 상기 태양광모듈에는 제1셀모듈의 후측인 제1계측점와, 제2셀모듈에 병렬연결된 바이패스 다이오드 D2의 후측인 제2계측점에서 전류값을 측정하고, 제1계측점(14)과 제3셀모듈의 전측인 제3계측점에서 전압값을 측정하는 MiC((Micro inverter Converter)가 구비되고, 상기 MiC에서는 각 셀모듈에서 전달된 직류를 교류로 변환하여 출력함과 동시에 제1계측점 및 제2계측점에서 측정된 전류값과, 제1계측점 및 제3계측점에서 측정된 전압값을 미리 설정된 기준값과 비교하여 셀모듈의 음영 또는 고장 발생여부를 측정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치를 제안한다.
본 발명은 일조량 및 주위 온도에 따른 태양광 발전 예상량을 근거로 각 태양전지 모듈별 MiC의 발전량을 모니터링하여 예상 발전량에 대한 실제 발전량의 차이 분석 및 모니터링 함으로써 태양전지 모듈에서 발생하는 문제를 예측할 수 있는 효과가 있다. 또한, 고효율의 MiC와 통신 모듈 및 프로세서가 통합된 Soc(system on chip)를 구현하여, 대용량 모듈의 상용화를 위한 기반 기술을 제공하고, 각 MiC 모듈 데이터의 정보를 통한 예측 및 모듈의 통합적 관리/제어 시스템 기술을 구현하여 에너지 효율 10% 이상 향상 및 유지보수 원가 절감 15% 이상의 상승하는 효과가 있다.

Description

마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치{Diagnostic apparatus for Shadow and defect of PV Module using MiC}
본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 특히 태양광 발전시스템 분야에 대한 에너지 효율 향상 및 원가 절감을 개선하기 위해 각 태양광모듈에 MiC(Micro inverter Converter)를 구비하고, 상기 MiC에서 실시간 모듈단위의 환경/상황요인 대응, 전력/환경 감시를 수행하는 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치에 관한 것이다.
태양광 발전시스템은 무공해이면서 무한정의 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 태양광 발전시스템은 발전부와 제어부가 반도체 소자와 전자 부품으로 구성되어 있기 때문에 기계적인 진동과 소음이 없을 뿐만 아니라 운전 및 유지 관리에 따른 비용을 최소화할 수 있어 이미 신재생에너지의 큰 축으로 자리잡고 있다.
따라서, 태양광 발전 시스템의 에너지 효율 향상 및 원가 절감을 위해 국내의 민간/공공 단체에서는 각 모듈(Cell/PCS/ESS)단위의 발전 효율 향상에 집중하고 있지만 태양전지 모듈 단위로의 태양광 에너지 효율 향상에는 한계를 보이고 있는 실정에서 태양광 에너지 사용에 있어 효율을 향상 시킬 수 있는 새로운 접근이 요구되었다.
또한, 국내 태양광 발전 시스템의 시장 확대 및 시장 창출을 위해 태양전지 셀이나 태양 전지 모듈 관련 기술 개발 뿐만 아니라, 가치 사슬의 마지막을 점유하고 있는 태양광 발전 시스템의 발전량 증대 및 태양광 발전 시스템의 발전 효율 향상에 대한 중요성이 증가 되고 있으며, 이를 위한 시스템 관점에서 여러 태양광 관련 기술뿐만 아니라, IT 기술이 융합된 태양광 시스템 관련 기술의 개발이 시급한 실정이다.
더욱이, 국내에 5∼7년 이전부터 설치된 태양광 발전시스템의 필수 구성요소인 태양광모듈(PhotoVoltaic Module; PV Module)은 백화현상 및 전극 부식현상, 절연파괴현상 등이 나타나기 시작하여 발전성능 저하로 이어지고, 장기 신뢰성 및 장 수명 기술에 대한 커다란 문제점이 대두되고 있어, 이에 대한 감시 기술개발이 시급하다.
상기 태양광모듈(PV Module)의 수명은 설치방식 및 설치환경에 따라서도 내구성에 문제점을 나타내고 있지만, 그보다 더 중요한 사실은 태양광모듈 구성 재료 및 제조공정에 따라서 많은 문제점이 제기되고 있다.
그동안 태양광모듈 성능평가 기준 확립 및 인증제도 도입에 의해 엄격한 심사기준으로 보급 사업에 설치되고 있지만, 현재까지 설치된 태양광모듈은 내구성 평가를 수행하지 못하고, 발전성능에만 의존되어 설치 및 보급되었다.
특히, 종래의 태양광발전 시스템에서는 PV Module Array(PV Module을 여러개 직렬로 연결된 군)에서만 이상 유무를 검출하기 때문에 태양광모듈 고장시 직접적으로 어떤 태양광모듈이 고장이 발생되었는지 알 수가 없다. 이러한 경우 태양광발전 시스템 관리 측면에서 태양광모듈 고장을 사전에 처리하지 못했을 경우, 태양광발전 시스템이 정상적으로 동작하지 않아 발생하는 경제적 손실과 시스템에 무리를 줄 수 있는 문제점이 발생되었다.
이에 여러 연구기관에서 태양광모듈(PV Module)의 장기수명을 위한 재료 및 제조기술에 대한 연구개발이 활발히 진행되어지고 있지만, 운송중에 미세하게 파손되어지는 부분과 태양광모듈 제조시 찾지 못하는 Micro Crack 등 불과 몇 년도 되지 않아 많은 문제점을 나타내고 있다.
따라서, 태양광발전 시스템이 정상적으로 동작하지 않아 발생하는 경제적 손실과, 오동작으로 인하여 발생하는 시스템의 과부하를 제거하는 유지 보수 관리에 대한 기술확보가 절실하게 요구되었다.
도 1과 도 2는 솔라셀(Solar Cell) 72개로 String된 170Wp급 태양광모듈(PV Module)로, 도 1의 경우에는 태양광모듈에 정상적으로 햇빛이 전달되어 아무런 이상없이 정상동작 하고 있지만, 도 2의 경우에는 솔라셀(Solar Cell)의 크랙(Crack) 또는 주변시설, 자연 낙하물(조류 배설물, 먼지, 눈, 낙엽) 등에 의해 음영이 SCc24 솔라셀에 발생할 경우 비록 솔라셀 1장에 발생한 문제이지만, SCc1의 내부 저항이 증가함에 따라 D3를 통하여 전류가 흐르게 되므로 결국 SCc1~SCc24 솔라셀 전체의 전력 생산을 할 수 없게 되며, 이로 인하여 태양광모듈의 전력생산량이 3분에 2로(약 56Wp) 떨어진다. 또한 SCc24 솔라셀의 내부 저항에 의한 열화 현상을 야기 시킴으로서, 태양광모듈의 구성재료인 EVA Sheet의 황변현상을 야기시키고, Hot spot 현상으로 인하여 태양광모듈 파손을 야기시켜 전력 생산을 할 수 없게 된다.
도 3은 현재 국내외에서 생산되는 태양광모듈(PV Module)의 동작에 따른 I-V 곡선이다. 1)은 태양광모듈이 정상동작하고 있을 때의 I-V 곡선이며, 2)와 3)은 태양광모듈의 일부 솔라셀에 크랙 또는 음영 등에 의해 햇빛의 전달이 정상적으로 이루어지지 않을 경우로서 2)는 바이패스 다이오드(bypass diode)가 있는 경우이고, 3)은 바이패스 다이오드가 없는 경우의 I-V 곡선이다. 이때, 1)의 경우에는 전력 손실이 없고, 2)의 경우에는 전력 손실이 절반으로 감소하지만, 3)의 경우에는 전혀 전력을 생산하지 못하게 된다.
그러나, 2)와 같이 전류를 우회시키는 바이패스 다이오드를 사용하더라도 태양광모듈이 직렬로 9~20장 설치되는 상황에서 어떠한 태양광모듈이 고장이 발생되었는지, 어떠한 문제가 있는지를 알아낼 수는 없었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 발명자는 특허등록 제1000734호(이하, 선행발명)을 제안한 바 있으나, 위 선행발명에서는 션트 센서(shunt sensor)와 USN(Ubiquitous Sensor Network) Moulde을 이용하여 태양광모듈의 이상유무를 검출하는 방식으로 구현됨으로써, 저항기의 일종인 션트 센서 양단에서 발생하는 전압강하로 인해 출력이 감소하는 문제점이 발생하였으며, 모든 바이패스 다이오드 후단에 각각 션트 센서를 설치해야하는 경제적인 문제점이 노출되었다.
본 발명은 고효율 대면적 모듈의 효과적인 시스템 구축 및 태양광발전 시스템 효율 향상을 위한 태양광발전 시스템을 관리하기 위하여 MiC(Micro inverter Converter)에서 각 태양광모듈(PV Module)의 크랙(Crack) 또는 음영에 의한 발전량 상황에 관한 변동정보를 계측하고, 지속적으로 모니터링할 수 있는 시스템을 구현함으로써 전력/환경 감시 및 제어 기반의 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고효율 대면적 모듈에 적합한 복합센싱(전압/전류/온도)내장 프로세서 SoC 기반의 마이크로 인버터(MiC)를 구현하여 각 태양광모듈에 설치하며, IT 융합을 통한 체계적 운영 관리를 통해 관리자에게 실시간으로 태양광 발전 설비동작 상황에 대한 감시결과를 제공할 수 있는 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명에 의한 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치는 다수의 솔라셀이 직렬로 연결된 복수의 셀모듈과, 상기 각 셀모듈의 전류를 우회시키는 바이패스 다이오드D1, D2, D3를 포함하는 태양광모듈에 있어서, 상기 태양광모듈에는 제1셀모듈의 후측인 제1계측점와, 제2셀모듈에 병렬연결된 바이패스 다이오드 D2의 후측인 제2계측점에서 전류값을 측정하고, 제1계측점(14)과 제3셀모듈의 전측인 제3계측점에서 전압값을 측정하는 MiC((Micro inverter Converter)가 구비되고, 상기 MiC에서는 각 셀모듈에서 전달된 직류를 교류로 변환하여 출력함과 동시에 제1계측점 및 제2계측점에서 측정된 전류값과, 제1계측점 및 제3계측점에서 측정된 전압값을 미리 설정된 기준값과 비교하여 셀모듈의 음영 또는 고장 발생여부를 측정하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 의한 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치는 일조량 및 주위 온도에 따른 태양광 발전 예상량을 근거로 각 태양전지 모듈별 MiC의 발전량을 모니터링하여 예상 발전량에 대한 실제 발전량의 차이 분석 및 모니터링 함으로써 태양전지 모듈에서 발생하는 문제를 예측할 수 있는 효과가 있다.
또한, 고효율의 MiC와 통신 모듈 및 프로세서가 통합된 Soc(system on chip)를 구현하여, 대용량 모듈의 상용화를 위한 기반 기술을 제공하고, 각 MiC 모듈 데이터의 정보를 통한 예측 및 모듈의 통합적 관리/제어 시스템 기술을 구현하여 에너지 효율 10% 이상 향상 및 유지보수 원가 절감 15% 이상의 상승하는 효과가 있다.
도 1은 종래 PV Module이 정상적으로 전류가 소통되는 과정을 개략적으로 나타내는 전원결선도,
도 2는 도1의 PV Module을 구성하는 특정 솔라셀에 크랙이 발생하거나 이물질에 의해 음영이 발생하는 경우를 전류의 흐름에 변화가 발생하는 것을 개략적으로 나타내는 전원결선도,
도 3은 PV Module의 동작에 따른 I-V 곡선도,
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치의 개략적인 구성도,
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 구비된 개별 셀모듈에 이상이 발생할 경우 나타나는 I-V곡선도.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.
본 발명은 태양전지 셀(Solar Cell)에 발생되는 크랙(crack)에 의한 저항이나, 음영(낙엽, 조류의 분비물)에 의한 저항 증가로 바이패스 다이오드가 통전의 스위칭 역할을 하기 때문에 바이패스 다이오드에 흐르는 전류를 계측하여 해당 셀 라인의 고장을 검출하는 원리를 적용하되, 후술하는 바와 같이 전류계측에 있어서 전압강하가 없는 자기장방식의 Hole CT Sensor(Hole Current Transmitter Sensor; 홀 전류 전송 측정기)를 사용하고, 전력변환 효율이 높은 MiC(Micrco Inverter Converter)에서 직류를 교류로 변환함과 동시에 전류값과 전압값을 계측하여 태양전지 셀의 고장유무를 검출하며, 그 검출결과를 외부로 전송하여 실시간으로 모니터링할 수 있도록 기술구현함에 그 특징이 있다.
일반적으로 태양광모듈(PV Module)은 다수의 태양전지 셀이 직렬로 연결된 태양전지 셀 라인(Solar cell line)과, 전류를 우회시키는 바이패스 다이오드로 구성되어 있는데, 태양광모듈이 정상적인 경우에는 바이패스 다이오드의 역방향에 전압이 인가되기 때문에 바이패스 다이오드에 전류가 흐르지 않으나, 셀에 음영 등이 발생한 경우에는 전기저항이 커진 태양전지 셀을 우회하여 바이패스 다이오드에 전류가 흐르게 된다.
본 발명에서는 이렇게 바이패스 다이오드에 흐르는 전류를 태양광모듈내에 설치되어 있는 MiC(Micrco Inverter Converter) 내부의 전류센서에서 검출하여 유·무선 통신망을 통하여 외부의 모니터링 장치로 전송함으로써 태양광모듈의 고장여부를 모니터링할 수 있도록 구현하였다.
상기 MiC는 태양광모듈(PV Module)의 후면에 부착되어, 각각의 태양광모듈에서 발생되는 직류(DC) 전력을 바로 교류(AC)전력으로 변환하는 전자소자로서, 본 발명의 일실시예로 고주파 변압기를 플라이백 방식으로 DC stage에서 반주기 정현파형을 만들고 SCR 브리지를 사용하여 계통에 연계하는 구조의 제품을 사용할 수 있다. 이때, 본 발명에 적용된 MiC 와 종래의 중앙식(Central) 인버터 구성의 가장 큰 차이는 접속반의 DC 역저지 다이오드의 유무로서, MiC의 효율이 92% 이상인 경우 중앙식 인버터에 비해 경쟁우위에 있는 것으로 연구결과가 보고되어 있다.
따라서, 본 발명은 효율 92% 이상의 MiC에 태양광모듈의 전류 및 전압을 계측하는 기능을 부가하고, 계측된 정보를 통신모듈을 통해 외부에서 모니터링할 수 있도록 구현함에 그 기술적 특징이 있다.
도 4에서는 본 발명의 일 실시예로, 3개의 셀모듈이 구현된 태양광모듈을 기준으로 동작과정을 구체적으로 설명한다.
상기 태양광모듈(100)은 다수의 솔라셀이 직렬로 연결된 복수의 셀모듈(11)(12)(13)과, 상기 각 셀모듈의 전류를 우회시키는 바이패스 다이오드D1, D2, D3를 포함하여 구성된다.
이때, 태양광모듈(100)에 구비된 MiC(Micro inverter Converter)(20)에서는 각 셀모듈(11)(12)(13)에서 전달된 직류를 교류로 변환하여 출력하게 되며, 동시에 제1셀모듈(11)의 후측인 제1계측점(14)와, 제2셀모듈(12)에 병렬연결된 바이패스 다이오드 D2의 후측인 제2계측점(15)에서 전류값을 측정하고, 제1계측점(14)과 제3셀모듈(13)의 전측인 제3계측점(16)에서 전압값을 측정한다.
또한, 상기 MiC(20)에서는 제1계측점(14) 및 제2계측점(15)에서 측정된 전류값과, 제1계측점(14) 및 제3계측점(16)에서 측정된 전압값을 미리 설정된 기준값과 비교하여 셀모듈의 음영 또는 고장 발생여부를 검출하게 된다.
특히, 본 발명에서는 상기 제1계측점(14) 및 제2계측점(15)의 계측과정에서 전압강하를 최소화하기 위해 비접촉 자기장방식의 Hole CT Sensor(Hole Current Transmitter Sensor; 홀 전류 전송 측정기)에 의해 전류값을 측정하게 되며, 이로 인해 출력 저하로 인한 오동작을 방지할 수 있게 된다.
이때, 전류계측시 상기 Hole CT Sensor 대신에 종래의 션트 센서(shunt sensor)를 사용할 수 있음은 물론이다.
태양광모듈(100)의 동작과정중 MiC(20)에서는 I3과 I2를 검출하여 각 셀모듈(11)(12)(13)의 이상여부를 진단하게 된다.
첫번째, I3이 태양광모듈(100)의 설계단계에서 미리 설정된 기준값에 근접할 때, 제1셀모듈(11) 내지 제3셀모듈(13)은 정상적으로 동작하는 것으로 진단한다.
두번째, I3이 기준값 이하이고, I2가 검출되는 않는 경우 제1셀모듈(11)과 제3셀모듈(13)중 어느 하나 또는 모두에 이상이 발생한 것으로 진단한다.
세번째, I2가 검출시에는 제2셀모듈(12)에 이상이 발생한 것이므로, 제1계측점(14)과 제3계측점(16) 사이의 전체 전압값과 I3에 의해 산출되는 Pt와, 제1계측점과 제2계측점 사이의 제2전압값과 I2에 의해 산출되는 P2를 비교하여 제2셀모듈의 음영발생 정도를 계측할 수 있다.
이때, 각 셀모듈(11)(12)(13)중 어느 하나에 이상이 발생한 경우를 도 5a 내지 도5c에서 구분하여 I-V 곡선으로 표시할 수 있다.
즉, 도 5a는 제3셀모듈(13)에 이상이 발생한 경우로서 전류값은 V2를 지나 급격하게 떨어지게 되고, 도 5b는 제2셀모듈(12)에 이상이 발생한 경우로서 전류값은 V1과 V2 사이에서 급격하게 떨어지게 되며, 도 5c는 제1셀모듈(11)에 이상이 발생한 경우로서 낮은 상태의 전류값을 유지하다가 V1를 지나면서 전류값이 급격하게 상승하게 된다.
한편, 상기 Mic(20)에서는 무선통신을 위한 무선송수신(Tx/Rx) 통신모듈 또는 유선통신을 위한 유선송수신 통신모듈중 어느 하나 이상의 통신모듈에 의해 셀모듈(11)(12)(13)의 이상동작을 외부 관리시스템(200)으로 전송하게 된다.
이때, 상기 MiC(20) 내부의 회로기판에서는 회로의 집적화를 위해 프로세서(MCU)를 포함하는 다수의 전기적 소자(저항, 커패시턴스 등)와, 무선송수신(Tx/Rx) 통신모듈 또는 유선통신을 위한 유선송수신 통신모듈을 하나의 칩으로 구현하는 Soc(system on chip)으로 구현하는 것이 바람직하며, 어떤 전기적 소자를 Soc로 일체화하거나 별도로 분리형성할 것인가는 제품설계단계에서 사용환경 및 사용목적에 따라 결정된다.
또한, 상기 외부 관리시스템(200)은 MiC(20)의 무선송수신 통신모듈에서 무선으로 전송된 신호를 수신하는 외부유무선통신모듈(210)과, MiC(20)의 유선송수신 통신모듈에서 유선으로 전달하는 신호를 수신하는 상태감시제어함(220)중 어느 하나 이상을 포함하여 구성되며, 상기 내부유무선통신모듈(210)과 상태감시제어함(220)에서 전달된 신호는 관리자의 모니터링 장치(230)에 태양광모듈의 이상동작 여부로 출력된다.
이때, 상기 모티터링 장치(230)에서는 시각적으로 상태정보를 표출하기 위해 모니터가 구비될 수 있으며, 필요한 경우 관리자의 주의를 환기시키기 위해 경보음을 포함하는 별도의 긴급신호를 발생하거나, 관리자의 휴대폰으로 비상신호를 송출하도록 구성할 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 MiC(20)에서는 각 셀모듈(11)(12)(13)에 인접설치된 온도센서(17)(18)(19)의 검출값을 전달받아 설정온도 이상인 경우 내장된 통신모듈에 의해 외부 관리시스템(200)으로 긴급신호를 전송하도록 구현할 수도 있다.
따라서, 관리자는 외부 관리시스템(200)에 구현된 모니터링 장치(230)를 통해 Solar Cell Line / PV Module / PV System를 포함하는 태양광 발전시스템의 고장을 파악하고, 문제가 발생한 태양광모듈(PV Module) 또는 MiC를 신속히 교체함으로서 태양광발전 시스템이 정상적으로 동작하지 않아 발생하는 경제적 손실과 오동작으로 인하여 발생하는 시스템의 과부하를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 Solar Cell Line의 전류 및 태양광모듈(PV Module)에 흐르는 전류를 계측한 데이터 정보를 이용하여 발전량을 분석하고, 그 발전량에 대하여 지속적으로 모니터링하며, 발전량 상황에 관한 정보를 모니터링 시스템을 통해 사업주에게 제공함으로써 사업주가 설비동작을 실시간으로 정확한 파악이 가능해진다.
상기와 같은 본 발명은 상술한 특정의 실시례에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
1 : 이물질
10 : 셀모듈 11 : 제1셀모듈
12 : 제2셀모듈 13 : 제3셀모듈
14 : 제1계측점 15 : 제2계측점
16 : 제3계측점 17,18,19 : 온도센서
20 : Mic(Micro inverter Converter)
100: 태양광모듈
200: 외부 관리시스템 210: 외부무선통신모듈
220: 상태감시제어함 230 : 모니터링 장치

Claims (5)

  1. 다수의 솔라셀이 직렬로 연결된 복수의 셀모듈과, 상기 각 셀모듈의 전류를 우회시키는 바이패스 다이오드D1, D2, D3를 포함하는 태양광모듈에 있어서,
    상기 태양광모듈(100)에는 제1셀모듈(11)의 후측인 제1계측점(14)와, 제2셀모듈(12)에 병렬연결된 바이패스 다이오드 D2의 후측인 제2계측점(15)에서 전류값을 측정하고, 제1계측점(14)과 제3셀모듈(13)의 전측인 제3계측점(16)에서 전압값을 측정하는 MiC(Micro inverter Converter)(20)가 구비되고,
    상기 MiC(20)에서는 각 셀모듈(11)(12)(13)에서 전달된 직류를 교류로 변환하여 출력함과 동시에 제1계측점(14) 및 제2계측점(15)에서 측정된 전류값과, 제1계측점(14) 및 제3계측점(16)에서 측정된 전압값을 미리 설정된 기준값과 비교하여 셀모듈의 음영 또는 고장 발생여부를 측정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1계측점(14) 및 제2계측점(15)에서는 비접촉 자기장방식의 Hole CT Sensor(Hole Current Transmitter Sensor; 홀 전류 전송 측정기)에 의해 전류값을 측정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 MiC(20)는 무선통신을 위한 무선송수신(Tx/Rx) 통신모듈 또는 유선통신을 위한 유선송수신 통신모듈중 어느 하나 이상의 통신모듈에 의해 셀모듈(11)(12)(13)의 이상동작을 외부로 전송하는 것을 특징으로 하는 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 MiC(20) 내부의 회로기판에서는 회로의 집적화를 위해 저항(R), 커패시턴스(C), 프로세서(MCU), 무선송수신(Tx/Rx) 통신모듈 또는 유선통신을 위한 유선송수신 통신모듈을 포함하는 다수의 전기적 소자가 Soc(system on chip)로 구현되는 것을 특징으로 하는 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 MiC(20)에서는 각 셀모듈(11)(12)(13)에 인접설치된 온도센서(17)(18)(19)의 검출값을 전달받아 설정온도 이상인 경우 통신모듈에 의해 외부로 긴급신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 마이크로 인버터 컨버터를 이용한 태양광모듈의 음영 및 고장을 감지하는 장치.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101339817B1 (ko) 2013-04-30 2013-12-11 (주)대연씨앤아이 태양광 발전 모듈 스트링 능동 제어 시스템 및 방법
KR20140127930A (ko) * 2013-03-28 2014-11-05 (주) 디지털파워 외부 환경 인자를 고려한 태양광 모듈 감시 기능을 가지는 태양광 발전 시스템
WO2015174788A1 (ko) * 2014-05-16 2015-11-19 주식회사 하이메틱스 마이크로 인버터 모니터링 장치 및 방법
WO2016143958A1 (ko) * 2015-03-12 2016-09-15 ㈜하이레벤 태양광발전설비의 효율향상설비
KR20160109374A (ko) 2015-03-11 2016-09-21 (주)알티에스에너지 태양 광 발전시스템의 마이크로 컨버터 장치
KR20160146398A (ko) 2015-06-12 2016-12-21 (주)알티에스에너지 마이크로컨버터를 이용한 태양광 발전시스템
KR102187383B1 (ko) 2020-05-11 2020-12-04 주식회사 주왕산업 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템
KR20230006987A (ko) 2021-07-05 2023-01-12 브이산업 주식회사 태양광발전시스템
US11581848B2 (en) 2019-09-25 2023-02-14 Hyundai Motor Company Method of diagnosing malfunctioning of bypass diode in solar photovoltaic battery
KR102535597B1 (ko) * 2022-06-08 2023-05-26 주식회사 영남솔라에너지 태양광 전력생성 효율 상승을 위한 불량부품 검출 및 우회작동 시스템
KR20240005328A (ko) 2022-07-05 2024-01-12 브이산업 주식회사 스마트 컨버터를 이용한 태양전지모듈 개별 모니터링 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101014269B1 (ko) 2010-08-02 2011-02-16 주식회사 앤엠에스파워 자가진단형 태양광 발전장치
KR101023445B1 (ko) 2010-10-15 2011-03-25 주식회사 신성씨에스 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템
KR101124511B1 (ko) 2011-11-04 2012-03-16 한양전공주식회사 태양전지 어레이 상태 감시 장치
KR101183532B1 (ko) 2012-03-02 2012-09-20 주식회사 유비테크 태양광발전 채널별 감시 및 개별 모니터링 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101014269B1 (ko) 2010-08-02 2011-02-16 주식회사 앤엠에스파워 자가진단형 태양광 발전장치
KR101023445B1 (ko) 2010-10-15 2011-03-25 주식회사 신성씨에스 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템
KR101124511B1 (ko) 2011-11-04 2012-03-16 한양전공주식회사 태양전지 어레이 상태 감시 장치
KR101183532B1 (ko) 2012-03-02 2012-09-20 주식회사 유비테크 태양광발전 채널별 감시 및 개별 모니터링 시스템

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140127930A (ko) * 2013-03-28 2014-11-05 (주) 디지털파워 외부 환경 인자를 고려한 태양광 모듈 감시 기능을 가지는 태양광 발전 시스템
KR101339817B1 (ko) 2013-04-30 2013-12-11 (주)대연씨앤아이 태양광 발전 모듈 스트링 능동 제어 시스템 및 방법
WO2015174788A1 (ko) * 2014-05-16 2015-11-19 주식회사 하이메틱스 마이크로 인버터 모니터링 장치 및 방법
KR20160109374A (ko) 2015-03-11 2016-09-21 (주)알티에스에너지 태양 광 발전시스템의 마이크로 컨버터 장치
WO2016143958A1 (ko) * 2015-03-12 2016-09-15 ㈜하이레벤 태양광발전설비의 효율향상설비
KR20160146398A (ko) 2015-06-12 2016-12-21 (주)알티에스에너지 마이크로컨버터를 이용한 태양광 발전시스템
US11581848B2 (en) 2019-09-25 2023-02-14 Hyundai Motor Company Method of diagnosing malfunctioning of bypass diode in solar photovoltaic battery
KR102187383B1 (ko) 2020-05-11 2020-12-04 주식회사 주왕산업 태양광 모듈별 발전전류를 관리하는 태양광 발전 시스템
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KR102535597B1 (ko) * 2022-06-08 2023-05-26 주식회사 영남솔라에너지 태양광 전력생성 효율 상승을 위한 불량부품 검출 및 우회작동 시스템
KR20240005328A (ko) 2022-07-05 2024-01-12 브이산업 주식회사 스마트 컨버터를 이용한 태양전지모듈 개별 모니터링 시스템

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