KR101410333B1 - 태양전지 모듈 모니터링 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 모듈 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지 모듈에서 실제 발전된 출력량과 특정 조건에 의해 산출된 출력량의 비교를 통해 태양전지 모듈 이상 여부를 판단하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 태양전지 모듈 모니터링 시스템은 온도, 습도를 포함하는 외부 대기 환경을 측정하는 외부 환경 모니터링 모듈, 상기 외부 환경 모니터링 모듈로부터 수신한 외부 대기 환경에 따른 태양전지 모듈에서 출력 가능한 발전량을 예측하는 발전량 예측 모듈, 상기 태양전지 모듈의 열화률을 산출하는 태양전지 모듈 열화 측정 모듈, 상기 발전량 예측 판단 모듈에서 예측한 발전량에 열화률을 반영한 열화률 반영 발전량과 상기 태양전지 모듈에서 출력되는 발전량을 비교하는 열화률 반영 발전량 예측 모듈을 포함한다.
이를 위해 본 발명의 태양전지 모듈 모니터링 시스템은 온도, 습도를 포함하는 외부 대기 환경을 측정하는 외부 환경 모니터링 모듈, 상기 외부 환경 모니터링 모듈로부터 수신한 외부 대기 환경에 따른 태양전지 모듈에서 출력 가능한 발전량을 예측하는 발전량 예측 모듈, 상기 태양전지 모듈의 열화률을 산출하는 태양전지 모듈 열화 측정 모듈, 상기 발전량 예측 판단 모듈에서 예측한 발전량에 열화률을 반영한 열화률 반영 발전량과 상기 태양전지 모듈에서 출력되는 발전량을 비교하는 열화률 반영 발전량 예측 모듈을 포함한다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈 모니터링 시스템 및 모니터링 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지 모듈에서 실제 발전된 출력량과 특정 조건에 의해 산출된 출력량의 비교를 통해 태양전지 모듈 이상 여부를 판단하는 방법에 관한 것이다.
최근에는 지구환경 문제의 심각화 및 이에 대한 관심도의 증대에 따라, 특히 CO2배출을 억제하기 위한 에너지 절약 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히 전기 에너지에 대해서는 태양광 발전, 조력, 풍력 등의 신 재생에너지 필요성이 크게 대두되고 있는 실정이다.
일반적으로, 태양광발전소는 태양전지 모듈에서 태양광을 이용해 발생된 전기(DC)를 인버터에서 직류(AC)로 변환하고, 교류배전반에서 승압하여 배전계통을 통해 전력계통으로 전송한다.
한편, 최근에는 태양광발전소의 공급이 급증하고, 국내뿐만 아니라 해외 지역에서도 태양광발전소의 설치가 활발하게 이루어지고 있다. 이에 따라 모니터링 및 이에 따른 경보발생 기능만을 수행하는 종래의 태양광발전소 모니터링시스템으로는 분산되어 원거리에 설치된 태양광발전소를 효율적으로 관리 및 진단하는데 한계가 있다.
한국공개특허 제2012-0080000호(발명의 명칭: 태양광발전소 모니터링 시스템)는 태양광발전소의 발전구성들에 대한 각각의 화상정보들을 획득하기 위해 상기 발전구성들 각각에 인접하여 설치된 화상장치들; 상기 화상장치들로부터 획득된 화상정보들을 사전에 구축된 네트워크를 통해 전송하는 로컬모니터링장치; 및 상기 네트워크를 통해 전송된 화상정보들을 기초로 상기 발전구성들의 각각의 상태를 진단하는 중앙모니터링장치;를 포함하는 태양광발전소 모니터링시스템을 제안하고 있다.
한국공개특허 제2012-0037570호(발명의 명칭: 태양광 발전설비 효율향상 장치의 원격 제어 시스템)는 저장탱크에 저장된 냉각수를 펌프와 밸브를 경유하여 냉각수 분사수단을 통해 태양광 모듈로 분사함으로써 태양광 모듈의 효율을 유지, 향상시키는 태양광 발전설비 효율향상장치의 제어시스템으로서, 상기 펌프 및 밸브의 동작을 제어하는 제어기; 상기 제어기를 유무선 통신을 이용하여 원격에서 제어하는 통합관리서버; 및 상기 통합관리서버에 접속하여 상기 효율향상장치를 모니터링하고 제어하는 무선통신단말을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비 효율향상장치의 원격 제어시스템을 제안하고 있다.
일반적으로 태양광 발전소의 경우, 일사량, 외기 온도, 습도, 모듈 온도, 풍향, 풍속을 모니터링하고 있으며, 이와 같이 외부 조건 및 이에 따른 발전량만을 모니터링한다. 따라서 태양전지 모듈의 이상 여부에 대해 판단할 수 있는 시스템은 갖춰져 있지 않으며, 이로 인해 이상이 있는 태양전지 모듈의 조기에 발견하여 처리할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이상이 발생한 태양전지 모듈을 조기에 발견하여 처리함으로써 발전량을 극대화하는 방안을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 태양전지 모듈의 상태를 실시간으로 확인하여 외부 스트레스로 인한 열화가 발생한 태양전지 모듈을 조기에 발견하여 처리하는 방안을 제안함에 있다.
이를 위해 본 발명의 태양전지 모듈 모니터링 시스템은 온도, 습도를 포함하는 외부 대기 환경을 측정하는 외부 환경 모니터링 모듈, 상기 외부 환경 모니터링 모듈로부터 수신한 외부 대기 환경에 따른 태양전지 모듈에서 출력 가능한 발전량을 예측하는 발전량 예측 모듈, 상기 태양전지 모듈의 열화률을 산출하는 태양전지 모듈 열화 측정 모듈, 상기 발전량 예측 판단 모듈에서 예측한 발전량에 열화률을 반영한 열화률 반영 발전량과 상기 태양전지 모듈에서 출력되는 발전량을 비교하는 열화률 반영 발전량 예측 모듈을 포함한다.
이를 위해 본 발명의 태양전지 모듈 모니터링 방법은 외부 환경 모니터링 모듈에서 온도, 습도를 포함하는 외부 대기 환경을 측정하는 단계, 발전량 예측 모듈에서 상기 외부 환경 모니터링 모듈로부터 수신한 외부 대기 환경에 따른 태양전지 모듈에서 출력 가능한 발전량을 예측하는 단계, 예측한 상기 태양전지 모듈의 열화률을 산출하는 단계, 상기 발전량 예측 모듈에서 예측한 발전량에 열화률을 반영한 열화률 반영 발전량과 상기 태양전지 모듈에서 출력되는 발전량을 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈 모니터링 시스템 및 모니터링 방법은 태양전지 모듈이 현재 외부 조건에서 발전할 수 있는 발전량을 예측하고, 예측한 발전량과 실제 발전량과의 비교를 통해 열화를 진단한다. 진단한 열화률을 발전 예측 알고리즘에 반영함으로써 태양전지 모듈의 이상 여부에 대한 정확도를 높일 수 있게 된다. 또한, 이상이 발생한 경우 제어 시스템이나 사용자 단말로 제공함으로써 신속하게 이상이 발생한 모듈을 처리할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 모듈 모니터링 시스템을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 모듈 모니터링 시스템의 열화률 반영 발전량 예측 모듈에서 태양전지 모듈의 이상 여부를 판단하는 예를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 모듈 모니터링 시스템의 열화률 반영 발전량 예측 모듈에서 태양전지 모듈의 이상 여부를 판단하는 예를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 모듈 모니터링 시스템에서 수행되는 동작을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 모듈 모니터링 시스템의 열화률 반영 발전량 예측 모듈에서 태양전지 모듈의 이상 여부를 판단하는 예를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 모듈 모니터링 시스템의 열화률 반영 발전량 예측 모듈에서 태양전지 모듈의 이상 여부를 판단하는 예를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 모듈 모니터링 시스템에서 수행되는 동작을 도시한 흐름도이다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 모듈 모니터링 시스템을 도시하고 있다. 이하 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 태양광 발전 모듈 모니터링 시스템을 구성하는 구성요소의 동작 및 기능에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 1에 의하면, 태양광 발전 모듈 모니터링 시스템은 외부 환경 모니터링 모듈, 발전량 예측 모듈, 태양전지 모듈 열화 측정 모듈, 열화율 반영 발전량 예측 모듈, 사용자 단말을 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 태양광 발전 모듈 모니터링 시스템에 포함될 수 있음은 자명하다.
외부 환경 모니터링 모듈(102)은 외부의 대기 환경을 측정한다. 외부의 대기 환경은 외부 온도, 외부 습도, 모듈 온도, 풍향, 풍속, 수평 일사량, 경사 일사량 등 태양광 발전에 영향을 미치는 요인은 모두 포함될 수 있다. 이와 같이 외부 환경 모니터링 모듈(102)은 측정한 외부 대기 환경에 대한 정보를 발전량 예측 모듈(104)로 제공한다.
발전량 예측 모듈(104)은 외부 환경 모니터링 모듈(102)로부터 제공받은 외부 대기 환경에 대한 정보를 이용하여 태양전지 모듈에서 이론적으로 생성할 수 있는 발전량(출력량)을 산출한다. 즉, 발전량 예측 모듈(104)은 외부 환경 모니터링 모듈(102)로부터 제공받은 외부 온도, 외부 습도, 모듈 온도, 풍향, 풍속 등을 이용하여 태양전지 모듈에서 생성할 수 있는 발전량을 산출한다. 이를 위해 발전량 예측 모듈(104)은 외부 대기 환경 값에 따른 예상 발전량을 산출하는 알고리즘을 저장하고 있으며, 저장된 알고리즘을 이용하여 예상 발전량을 산출한다.
일반적으로 태양전지 모듈의 출력은 외부의 스트레스로 인해 점차적으로 감소하는 현상이 발생한다.
태양전지 모듈 열화 측정 모듈(106)은 태양전지 모듈에서 실시간으로 출력되는 출력량을 기준 조건에 적용하였을 경우의 출력량으로 변환하여 초기 태양전지 모듈의 출력량 대비 어느 정도의 열화가 발생했는지 산출한다. 태양전지 발전 열화 모듈은 산출한 열화에 따른 열화률을 도출하고, 열화률 값을 현 조건에서의 출력량 열화로 계산한다. 기준 조건은 25°C, 1SUN, AM1.5G이다.
열화률 반영 발전량 예측 모듈(108)은 발전량 예측 모듈(104)에서 산출한 예상 발전량에서 태양전지 모듈 열화 측정 모듈(106)에서 산출된 열화률을 뺀 출력량을 산출한다. 열화률 반영 발전량 예측 모듈(108)은 산출한 출력량과 실제 발전량을 비교하여 태양전지 모듈의 이상 여부를 판단한다. 열화률 반영 발전량 예측 모듈(108)은 태양전지 모듈에서 이상이 발생한 경우에는 사용자 단말(110)로 이에 대한 정보를 제공한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 모듈 모니터링 시스템의 열화률 반영 발전량 예측 모듈에서 태양전지 모듈의 이상 여부를 판단하는 예를 도시하고 있다.
도 2에 의하면, 동일한 날짜에 시간대별로 출력량과 최종 예측 출력량 및 오차를 도시하고 있다. 즉, 2000년 1월 1일 9시에 태양전지 모듈에서 출력되는 출력량은 170이며, 외부의 대기 환경을 반영한 후 STC 조건에서 출력되는 예상 출력량은 220이다. 또한 출력 열화율은 0%이다.
또한, 2000년 1월 1일 10시에 태양전지 모듈에서 출력되는 출력량은 200이며, 외부의 대기 환경을 반영한 후 STC 조건에서 출력되는 예상 출력량은 220이다. 또한 출력 열화율은 0%이다.
마지막으로, 2010년 1월 1일 10시에 태양전지 모듈에서 출력되는 출력량은 142이며, 외부의 대기 환경을 반영한 후 STC 조건에서 출력되는 예상 출력량은 200이다. 또한 출력 열화율은 9.1%이며, 열화률 변화량은 0.1%이다. 열화률 변화량이 0.2% 이상인 경우에 경고 신호를 발생하도록 설정된 경우, 도 2의 경우에는 열화률의 변화량이 0.1%이므로 경고 신호가 발생되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 모듈 모니터링 시스템의 열화률 반영 발전량 예측 모듈에서 태양전지 모듈의 이상 여부를 판단하는 예를 도시하고 있다.
2000년 1월 1일 9시에 태양전지 모듈에서 출력되는 출력량은 170이며, 외부의 대기 환경을 반영한 후 STC 조건에서 출력되는 예상 출력량은 220이다. 또한 현재 조건에서 예측 출력량은 172이다.
또한, 2000년 1월 1일 10시에 태양전지 모듈에서 출력되는 출력량은 200이며, 외부의 대기 환경을 반영한 후 STC 조건에서 출력되는 예상 출력량은 220이다. 또한 현재 조건에서 예측 출력량은 202이다.
마지막으로, 2010년 1월 1일 10시에 태양전지 모듈에서 출력되는 출력량은 142이며, 외부의 대기 환경을 반영한 후 STC 조건에서 출력되는 예상 출력량은 200이다. 또한 출력 열화율은 9.1%이며, 현재 조건에서 예측 출력량은 162(180(이론상 출력량)-18(열화량))이다. 현재 태양전지 모듈에서 전력의 최대 출력량과 현제 조건에서 예측 출력량의 오차가 설정된 범위를 초과하면, 사용자 단말로 태양전지 모듈에서 이상이 발생했음을 통보하거나 기타 다른 방법으로 사용자에게 통보한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 모듈 모니터링 시스템에서 수행되는 동작을 도시한 흐름도이다. 이하 도 4를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 모듈 모니터링 시스템에서 수행되는 동작에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
S400단계에서 외부 환경 모니터링 모듈은 외부의 대기 환경을 측정하여 발전량 예측 모듈로 제공한다. 외부의 대기 환경은 외부 온도, 외부 습도, 모듈 온도, 풍향, 풍속, 수평 일사량, 경사 일사량 등 태양광 발전에 영향을 미치는 요인은 모두 포함될 수 있다.
S402단계에서 발전량 예측 모듈은 외부 환경 모니터링 모듈로부터 제공받은 외부 대기 환경에 대한 정보를 이용하여 태양전지 모듈에서 이론적으로 생성할 수 있는 발전량(출력량)을 산출한다.
S404단계에서 태양전지 모듈 열화 측정 모듈은 태양전지 모듈에서 실시간으로 출력되는 출력량을 기준 조건에 적용하였을 경우의 출력량으로 변환하여 초기 태양전지 모듈의 출력량 대비 어느 정도의 열화가 발생했는지 산출한다. 태양전지 모듈 열화 측정 모듈은 산출한 열화에 따른 열화률을 도출하고, 열화률 값을 현 조건에서의 출력량 열화로 계산한다. 기준 조건은 25°C, 1SUN, AM1.5G이다.
S406단계에서 열화률 반영 발전량 예측 모듈은 발전량 예측 모듈에서 산출한 예상 발전량에서 태양전지 모듈 열화 측정 모듈에서 산출된 열화률을 뺀 출력량을 산출한다. 열화률 반영 발전량 예측 모듈은 산출한 출력량과 실제 발전량을 비교하여 태양전지 모듈의 이상 여부를 판단한다.
이와 같이 본 발명은 단순히 발전량만을 이용하여 태양전지 모듈의 이상 여부를 판단하는 것이 아니라 측정된 대기 환경에 따른 예상 발전량과 태양전지 모듈의 열화률을 기반으로 태양전지 모듈의 이상 여부를 판단하는 방안을 제안하고 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100: 외부 환경 모니터링 모듈 110: 발전량 예측 판단 모듈
120: 태양전지 모듈 열화 측정 모듈 130: 열화률 반영 발전량 예측 모듈
140: 사용자 단말
120: 태양전지 모듈 열화 측정 모듈 130: 열화률 반영 발전량 예측 모듈
140: 사용자 단말
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- 외부 환경 모니터링 모듈이 온도, 습도를 포함하는 외부 대기 환경을 측정하는 단계;
발전량 예측 판단 모듈이 상기 외부 환경 모니터링 모듈로부터 수신한 외부 대기 환경에 따른 태양전기 모듈에서 출력 가능한 발전량을 예측하는 단계;
태양전지 모듈 열화 측정 모듈이 상기 태양전지 모듈의 열화률을 산출하는 단계;
열화률 반영 발전량 예측 모듈이 상기 발전량 예측 판단 모듈에서 예측한 발전량에 열화률을 반영한 열화률 반영 발전량과 상기 태양전지 모듈에서 출력되는 발전량을 비교하는 단계를 포함하며,
상기 태양전지 모듈 열화 측정 모듈은,
상기 발전량 예측 판단 모듈에서 판단한 발전량을 설정된 대기 환경 조건을 반영한 기준 조건 발전량을 산출하며, 산출된 상기 기준 조건 발전량과 상기 태양전지 모듈의 생산 시점에서의 기준 조건 발전량을 비교하여 상기 태양전지 모듈의 열화률을 산출함을 특징으로 하는 태양전지 모듈 모니터링 방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 열화률 반영 발전량 예측 모듈은,
상기 열화률 반영 발전량과 상기 태양전지 모듈에서 출력되는 발전량의 차이가 설정된 범위를 초과하면 외부의 서버 또는 사용자 단말로 통보함을 특징으로 하는 태양전지 모듈 모니터링 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 외부 환경 모니터링 모듈은,
외부 온도, 외부 습도, 상기 태양전지 모듈의 온도, 풍향, 풍속, 수평 일사량, 경사 일사량 중 적어도 하나를 측정함을 특징으로 하는 태양전지 모듈 모니터링 방법.
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