KR101712823B1 - 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메인 스트링별로 화재 감시가 가능하고 화재가 감시된 메인 스트링을 차단하며, 상기 차단된 메인 스트링에 연결된 태양광 어레이에서 출력되는 전원을 서브 스트링으로 절체하여 전원 공급을 지속적으로 수행할 수 있는 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반은 태양광 어레이의 (+)출력단과 인버터의 (+)입력단 사이를 연결하고, 터미널과 퓨즈가 설치되며, 역전류를 방지하고 회로를 단속하는 제1 사이리스터가 구비되는 메인 스트링; 상기 메인 스트링과 병렬로 구비되어 터미널과 퓨즈가 설치되며 역전류를 방지하고 회로를 단속하는 제2 사이리스터가 구비되는 서브 스트링; 상기 태양광 어레이의 (-)출력단과 상기 인버터의 (-)입력단 사이를 연결하는 어스 스트링; 상기 메인 스트링 및 서브 스트링의 온도를 검출하는 온도검출부; 상기 메인 스트링 및 서브 스트링의 전압 및 전류를 검출하는 전력검출부; 및 상기 온도검출부 및 상기 전력검출부에서의 검출결과에 근거하여 전기화재 가능성에 대해 판단하고, 상기 판단 결과 전기화재의 위험성이 있는 것으로 판단되는 경우, 전기화재 위험성이 있는 스트링을 차단하고 상기 스트링과 병렬로 연결된 스트링을 연결하도록 상기 제1 사이리스터 및 제2 사이리스터를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반은 태양광 어레이의 (+)출력단과 인버터의 (+)입력단 사이를 연결하고, 터미널과 퓨즈가 설치되며, 역전류를 방지하고 회로를 단속하는 제1 사이리스터가 구비되는 메인 스트링; 상기 메인 스트링과 병렬로 구비되어 터미널과 퓨즈가 설치되며 역전류를 방지하고 회로를 단속하는 제2 사이리스터가 구비되는 서브 스트링; 상기 태양광 어레이의 (-)출력단과 상기 인버터의 (-)입력단 사이를 연결하는 어스 스트링; 상기 메인 스트링 및 서브 스트링의 온도를 검출하는 온도검출부; 상기 메인 스트링 및 서브 스트링의 전압 및 전류를 검출하는 전력검출부; 및 상기 온도검출부 및 상기 전력검출부에서의 검출결과에 근거하여 전기화재 가능성에 대해 판단하고, 상기 판단 결과 전기화재의 위험성이 있는 것으로 판단되는 경우, 전기화재 위험성이 있는 스트링을 차단하고 상기 스트링과 병렬로 연결된 스트링을 연결하도록 상기 제1 사이리스터 및 제2 사이리스터를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메인 스트링별로 화재 감시가 가능하고 화재가 감시된 메인 스트링을 차단하며, 상기 차단된 메인 스트링에 연결된 태양광 어레이에서 출력되는 전원을 서브 스트링으로 절체하여 전원 공급을 지속적으로 수행할 수 있는 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반에 관한 것이다.
태양광 발전시스템은 태양에너지를 이용함으로써 연료비가 필요없고, 대기오염이나 폐기물 발생이 없는 장점이 있다. 또한, 시스템을 반자동화 또는 자동화시키기에 용이하여, 운전 및 유지 관리에 따른 비용을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 최대 전력을 발전하는 시간대가 하절기 피크 전력소비 시간대와 비슷하여, 전력사업용 및 주택 건물용으로 전력계통과 연계운전 시 전력 수급 불균형을 해소할 수 있고 주택 및 건물의 지붕 등에 다양한 형태로 설치함으로써 국내 부존자원을 효율적으로 사용할 수 있는 전력 공급원으로 주목받고 있다.
이와 같은 태양광 발전 시스템은 복수 개의 태양광 어레이, 태양광 접속반, 인버터 및 배전반을 포함하여 구성되고, 상기 배전반을 통해 부하에 교류 전력을 공급하게 된다.
상기의 구성에서 태양광 접속반은 복수 개의 상기 태양광 어레이로부터 출력되는 직류 전력을 전달받아 이를 취합하여 인버터에 공급하는 기능을 수행한다.
이에 따라, 상기 태양광 접속반은 복수 개의 입력 단자(또는, 복수의 채널)를 포함하여 구성되고, 상기 복수 개의 입력단자를 통해 복수 개의 태양광 어레이로부터 출력되는 직류 전력을 각각 전달받아 하나의 전력으로 통합하여 출력한다.
또한, 상기 태양광 접속반은 태양전지 어레이에서 고장이 발생할 경우 고장 범위를 최소로 축소시켜 사고를 방지하고, 고장점을 찾기 쉽도록 구성된다.
아울러, 태양광 어레이 구성과 용량에 따라 적정한 태양광 어레이의 병렬군을 접속하여 상기 태양광 어레이별 주 스트링을 통해 인버터에 연결되고, 복수 개의 태양전지 어레이의 접속을 정리하여 보수점검을 용이하게 한다.
상기 태양광 접속반에는 예상하지 못한 급격한 전압이나 전류가 발생하는 전자 쇼크에 의해 회로가 손상될 수 있고, 주위 환경 변화와 같은 외적인 요인에 따른 집광판의 발전 특성 불균형 등을 방지하기 위한 여러 가지 보호장치들이 구비된다. 상기 보호 장치에는 역방향으로 흐르는 전류를 차단하여 입/출력단의 회로를 보호하는 역전압 방지용 다이오드로 이루어진 역전압 방지수단, 태양 전지판을 통해 생성된 전력 전압과 전류를 검출하여 발전 상태의 정상 여부를 감시하는 전압/전류 측정 센서 및 과전류를 차단하여 회로를 보호하는 과전류 보호용 퓨즈 등이 구성된다. 이에 더하여, 태양광 접속반에는 직류출력 개폐기, 피뢰소자, 역류방지소자, 단자대, 퓨즈 또는 개폐기 등이 구비되고, 절연저항측정이나 정기적인 단락전류 확인을 위한 출력단자용 개폐기가 설치된다. 또한, 상기의 구성들을 제어하기 위한 제어장치가 구비된다.
한편, 태양광 접속반 내부에서의 이상 발생시 주 선로를 우회 선로로 변경할 수 있는 기술로서, 등록특허공보 제10-1144217호에 고장절체 이중화 구조를 가지는 접속함 및 이를 이용한 태양광 발전 모니터링 시스템에 개시되었다.
상기 기술은 태양전지 어레이로부터 발전되어진 직류전력을 입력받으며, 내부 전력기기들의 이상 발생을 감지하여 이상 발생 시, 주회로장치를 차단시키고, 예비회로장치로 절체시키는 이중화부를 포함하는 접속함; 상기 접속함을 통해 입력된 직류전력을 교류전력으로 변환하고, 상용계통 및 수용가부하로 변환된 교류전력을 인가하는 인버터; 및 상기 인버터에 접속하여 태양전지 어레이를 통한 발전량을 측정하며, 인버터로 입력된 전력량을 바탕으로 현재 데이터 및 향후 발전량에 관한 예측 데이터를 생성하며, 생성된 데이터들을 관리자에게 전송하는 관리자 서버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기의 기술은 태양광 어레이와 태양광 접속반 사이에 배선된 복수 개의 선로 중에서 어느 선로에 이상 여부가 발생되었는지 알 수 없고, 선로의 절체를 위해서 고장절체 스위치인 마그네틱 스위치를 이용하여 구성됨에 따라 이상 여부 발생시 선로를 차단하기까지의 시간이 수 ~ 수십㎳ 소요되는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해소하고자 하는 과제는, 태양광 어레이와 인버터 사이에 구성된 스트링별로 화재 감시가 가능하고 화재가 감시된 스트링을 차단할 수 있는 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 화재가 감시되어 차단된 주 스트링을 우회 스트링으로 절체하여 인버터에 전원 공급을 지속적으로 수행할 수 있는 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반은 태양광 어레이의 (+)출력단과 인버터의 (+)입력단 사이를 연결하고, 터미널과 퓨즈가 설치되며, 역전류를 방지하고 회로를 단속하는 제1 사이리스터가 구비되는 메인 스트링; 상기 메인 스트링과 병렬로 구비되어 터미널과 퓨즈가 설치되며 역전류를 방지하고 회로를 단속하는 제2 사이리스터가 구비되는 서브 스트링; 상기 태양광 어레이의 (-)출력단과 상기 인버터의 (-)입력단 사이를 연결하는 어스 스트링; 상기 메인 스트링 및 서브 스트링의 온도를 검출하는 온도검출부; 상기 메인 스트링 및 서브 스트링의 전압 및 전류를 검출하는 전력검출부; 및 상기 온도검출부 및 상기 전력검출부에서의 검출결과에 근거하여 전기화재 가능성에 대해 판단하고, 상기 판단 결과 전기화재의 위험성이 있는 것으로 판단되는 경우, 전기화재 위험성이 있는 스트링을 차단하고 상기 스트링과 병렬로 연결된 스트링을 연결하도록 상기 제1 사이리스터 및 제2 사이리스터를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 제1 사이리스터 및 제2 사이리스터의 동작 상태, 상기 온도검출부에서 검출된 온도값 및 상기 전력검출부에서 검출된 전압값과 전류값을 출력하도록 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어부에서 출력되는 제어신호를 통신망을 통해 전송하는 통신부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 제1 사이리스터 및 제2 사이리스터에서 발생된 열을 방출하는 방열판이 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 온도검출부는 상기 터미널의 온도를 검출하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 전력검출부로부터 검출된 전압값이 설정된 최소 전압값보다 상대적으로 낮은 경우, 상기 제1 사이리스터 및 제2 사이리스터를 오프하여 각각 연결된 스트링을 차단하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 태양광 어레이와 인버터 사이에 구성된 스트링별로 화재 감시가 가능하고 화재가 감시된 주 스트링을 차단하여 태양광 접속반의 화재를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 화재 발생이 감지된 스트링을 차단하고 병렬로 구성된 우회 스트링을 연결하여 태양광 어레이에서 생산된 전력을 지속적으로 인버터에 공급하도록 구성됨에 따라 생산된 전력의 낭비를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반이 적용된 태양광 발전 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반의 구성을 복수 개의 태양광 어레이에 대응하여 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반에서 온도 검출부의 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반에서 사이리스터의 온/오프를 제어하기 위한 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반의 구성을 복수 개의 태양광 어레이에 대응하여 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반에서 온도 검출부의 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반에서 사이리스터의 온/오프를 제어하기 위한 회로도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 메인 스트링별로 화재 감시가 가능하고 화재가 감시된 메인 스트링을 차단하며, 상기 차단된 메인 스트링에 연결된 태양광 어레이에서 출력되는 전원을 서브 스트링으로 절체하여 전원 공급을 지속적으로 수행할 수 있는 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반이 적용된 태양광 발전 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반이 적용된 태양광 발전 시스템은 태양광 어레이(10), 태양광 접속반(20) 및 인버터(30)를 포함하여 구성된다.
상기 태양광 어레이(10)는 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 것으로서, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 상기 태양광 어레이(10)는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다.
상기 태양광 어레이(10)는 대면적의 P-N 접합 다이오드로 구성될 수 있고, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다. 이러한 태양광 어레이(10)의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지 셀은 복수 개로 사용된다. 즉, 가정에서 사용되는 필요 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 V 이상인데 비하여, 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문에 다수의 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다. 또한, 태양광 어레이(10)가 야외에 설치됨에 따라 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 구성하여 사용한다.
상기 태양광 접속반(20)은 태양광 어레이(10)로부터 생산된 직류 전류를 취합하여 인버터(30)에 출력하는 장치로서, 태양광 어레이(10)로부터 발전된 직류전력 중에서 동일한 극성의 전력선(이하 '스트링'이라고 한다)을 취합하여 단상으로 출력한다. 즉, (+) 스트링은 (+) 스트링으로 연결하고, (-) 스트링은 (-) 스트링으로 연결하여 (+)극의 스트링과 (-)극의 스트링으로 이루어진 단상의 전력을 인버터(30)에 공급한다.
도 2는 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반의 구성을 나타낸 도면이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반은 메인 스트링(100), 서브 스트링(200), 어스 스트링(300), 온도검출부(400), 전력검출부(500), 제어부(600) 및 통신부(700)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 태양광 어레이(10)가 복수 개로 구성되는 경우, 상기 서브 스트링(200) 및 어스 스트링(300)도 상기 태양광 어레이(10)의 수에 비례하여 각각 복수 개로 구성된다. 또한, 상기 서브 스트링(200) 및 어스 스트링(300)의 온도 및 전력을 각각 검출하는 상기 온도검출부(400) 및 전력검출부(500)도 각각 복수 개로 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반의 구성을 복수 개의 태양광 어레이에 대응하여 나타낸 도면이다.
상기 메인 스트링(100)은 상기 태양광 어레이(10)의 (+)출력단과 상기 인버터(30)의 (+)입력단 사이를 연결하는 것으로서, 상기 메인 스트링(100)에는 상기 태양광 어레이(10)의 (+)출력단에 접속시키기 위한 터미널(T11), 과전류에 대하여 연결을 차단하는 퓨즈(F11) 및 제어에 의해 접속상태를 단속하기 위한 제1 사이리스터(thyristor)(SCR(silicon controlled rectifier), 110)가 구비된다.
여기서 상기 터미널(T11) 및 퓨즈(F11)는 상기 태양광 어레이(10)의 출력 전압 및 전류에 대응하여 적합한 정격 용량으로 구성된다.
상기 사이리스터는 반도체 정류 소자로서, 소형이고 응답 속도가 빠르며, 대전력을 미소 제어 신호로 제어할 수 있을 뿐 아니라 수명이 반영구적이고 내구성이 좋은 특성에 의해 릴레이 장치, 조명 또는 조광 장치, 인버터 및 펄스 회로 등 대전력의 제어용으로 사용되는 소자이다.
종래 태양광 접속반에는 회로의 개폐여부를 마그네틱 스위치로 제어하게 된다. 즉, 정상으로 판단되는 경우에는 주회로에 대하여 마그네틱 스위치가 투입되어지고, 예비회로장치의 마그네틱 스위치는 개방된 상태로 구성되고, 주회로 장치의 다이오드와 전력용 퓨즈를 통하여 직류전력이 공급된다. 이때, 상기 태양광 접속반 내부 전력기기에 이상이 발생하게 되면, 주회로장치의 마그네틱 스위치를 개방시킨 후, 예비회로장치의 마그네틱 스위치를 투입시켜 예비회로장치의 다이오드와 전력용 퓨즈를 통하여 지속적인 발전을 할 수 있도록 한다.
그러나 상기와 같은 구성에서는 마그네틱 스위치의 동작이 수 ~ 수십㎳로 이루어짐에 따라 차단 및 투입에 따른 소요 시간이 길어지고, 역전류 현상을 방지하기 위해 별도의 다이오드가 구비되는 단점이 있으며, 정격에 적합한 마그네틱 스위치가 채용되어야 하는 문제점이 발생된다.
이에, 본 발명에서는 사이리스터를 이용하여 스트링(회로)의 개방 또는 연결을 수행할 수 있는 단속의 기능을 수행할 뿐만 아니라 역전류의 인가를 방지할 수 있도록 구성된다.
상기 서브 스트링(200)은 상기 태양광 어레이(10)의 (+)출력단과 상기 인버터(30)의 (+)입력단 사이를 연결하는 것으로서, 상기 메인 스트링(100)과 병렬로 구비되어 터미널(T12)과 퓨즈(F12)가 설치되며, 역전류를 방지하고 회로를 단속하는 제2 싸이리스터(120)가 구비된다.
이때, 상기 서브 스트링(200)에 구비되는 터미널(T12)과 퓨즈(F12)의 정격은 상기 메인 스트링(100)에 구비되는 터미널(T11)과 퓨즈(F11)의 정격과 동일한 것으로 이루어진다.
상기 어스 스트링(300)은 상기 태양광 어레이(10)의 (-)출력단과 상기 인버터(30)의 (-)입력단 사이를 연결한다.
상기 온도검출부(400)는 상기 메인 스트링(100) 및 서브 스트링(200)의 온도를 검출하는 기능을 수행하는 것으로서, 도 4는 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반에서 온도 검출부(400)의 회로도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 상기 온도 검출부(400)는 센서모듈(410), 마이컴모듈(420) 및 인터페이스모듈(430)을 포함하여 구성된다.
상기 센서모듈(410)은 금속 재질의 동체에 전원을 인가하여 상기 금속 재질의 온도 변화에 따른 저항값을 온도 데이터로 변환하고 상기 온도 데이터를 디지털 신호로 출력하는 기능을 수행한다. 이때, 상기 금속 재질의 동체는 외경 6mm 및 내경 4mm로 이루어진 알루미늄 재질이 사용될 수 있다.
이러한 센서모듈(410)은 금속 재질의 동체의 온도 변화에 따라 소정의 전압을 인가하여 흐르는 전류에 대한 저항값을 검출하여 온도를 검출하는 것으로서, 동체에 흐르는 전류가 온도 변화에 따라 달라지게 하도록 상기 동체와 병렬로 콘덴서가 연결된 전선이 연결된다.
이때, 상기 센서모듈(410)은 저항의 변화에 따라 온도 데이터로 변환하고, 변환된 온도 데이터는 디지털 신호로 출력하게 된다.
상기 마이컴모듈(420)은 상기 센서모듈(410)에서 출력되는 디지털 신호를 외부 데이터 신호로 변환하여 출력하는 것으로서, 상기 외부 데이터 신호는 RS-485신호로 이루어질 수 있다.
상기 인터페이스모듈(430)은 상기 마이컴모듈(420)과 외부 기기와의 통신을 수행하는 것으로서, 상기 마이컴모듈(420)에서 변환된 외부 데이터 신호를 제어부(600)로 전송한다.
여기서, 태양광 접속반 내부에서의 과열은 일반적으로 접속점에서 빈번하게 발생된다. 즉, 태양광 어레이(10)의 (+)출력단과 상기 인버터(30)의 (+)입력단 사이를 연결하는 터미널(T11, T12)에서 열이 빈번하게 발생될 수 있는 데, 접속점의 재질의 변화, 접속 상태의 노후화 및 접속상태의 불량 등에 의해서 과열이 발생될 수 있다. 이에 따라 상기 온도검출부(400)는 상기 터미널(T11, T12)에 인접하게 설치되어 터미널 단자의 온도를 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 전력검출부(500)는 상기 메인 스트링(100) 및 서브 스트링(200)의 전압과 전류를 검출하는 기능을 수행하는 것으로서, 전류를 검출하기 위한 계기용 변류기(CT, Current Transformer)와 전압을 검출하기 위한 계기용 변성기(PT, Potential Transformer)가 설치된다.
여기서, 상기 전력검출부(500)는 전류센서를 이용한 누설전류를 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 전류센서는 홀 소자를 이용한 전류센서가 사용될 수 있다.
상기 홀소자를 이용한 전류센서는 링 형태로 이루어지고 개구부가 구비되는 코어, 상기 코어에 감기는 권선 및 상기 개구부에 배치되는 홀소자를 포함하여 구성된다. 이때, 검출하고자 하는 스트링은 상기 코어의 중심부를 관통하도록 배치된다. 상기와 같은 구성에서, 상기 코어의 중심부를 관통하는 스트링에 전류가 인가되면, 상기 스트링에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자기장이 개구부에 집중되고, 상기 발생된 자기장은 홀소자를 통해 전압으로 출력된다.
즉, 상기 홀소자는 상기 코어에 의해 집속된 자기장의 변화에 비례하여 전압을 발생시키고 이 발생된 전압을 전압검출회로 출력하게 된다. 이때, 상기 코어를 관통하는 스트링의 전류에 비례하여 상기 코어의 자기장이 선형으로 가변되므로, 전류센서에서 출력되는 전압은 상기 전력선의 전류에 비례하여 도출된다. 이에, 출력되는 전압을 이용하여 전류가 검출될 수 있다.
이와 같은, 상기 전류센서는 상기 스트링에 각각 설치되어 각 스트링(메인 스트링주과 어스 스트링 또는 우회 스트링과 어스 스트링)에 흐르는 전류를 검출하게 된다.
이에 따라, 누설전류의 검출은 상기 전류센서에서 검출된 각각의 전류값에 근거하여 누설전류의 여부를 판단하게 된다. 건전한 전력 스트링에서의 전류는 평행을 이루게 된다. 즉, 누설전류가 없는 상태에서는 상기 각 스트링에 흐르는 전류는 서로 동일하다. 이에 따라 누설전류가 발생되면, 상기 (+)스트링(메인 스트링 또는 우회 스트링)에 흐르는 전류와 상기 (-)스트링(어스 스트링)에 흐르는 전류는 서로 다르게 도출된다.
즉, (+) 스트링에 흐르는 전류값에서 (-) 스트링에 흐르는 전류값을 감산하였을 경우 "0"이 아니면 누설전류가 발생된 것으로 볼 수 있다.
여기서, 상기 전류센서에 사용된 소자 등의 특성에 따라 허용 오차를 고려하여 누설전류의 발생어부를 판단하도록 구성될 수 있다. 부연하면, (+) 스트링에 흐르는 전류값에서 (-) 스트링에 흐르는 전류값을 감산하였을 경우의 값이 "0"이 아니더라도 허용 오차 범위에 있는 경우에는 누설전류가 발생되지 않은 것으로 판단되게 구성될 수 있다.
상기 제어부(600)는 상기 온도검출부(400) 및 상기 전력검출부(500)에서의 검출결과에 근거하여 전기화재 가능성에 대해 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 메인 스트링(100) 또는 서브 스트링(200)을 상호 가변하도록 제어하는 기능을 수행한다.
즉, 메인 스트링(100) 또는 서브 스트링(200) 중에서 적어도 하나의 스트링을 통해 상기 태양광 어레이(10)와 인버터(30)의 (+) 단자가 연결되게 구성되고, 이에 상기 제어부(600)는 전기화재의 위험성이 있는 것으로 판단되는 경우, 전기화재 위험성이 있는 스트링을 차단하고 상기 스트링과 병렬로 연결된 스트링을 연결하도록 상기 제1 사이리스터(110) 및 제2 사이리스터(120)를 제어하게 된다.
예를 들어, 제1 사이리스터(110)가 연결된 상태에서는 메인 스트링(100)을 통해 상기 태양광 어레이(10)와 인버터(30)의 (+)극이 연결되게 되는데, 이 상태에서 상기 제어부(600)는 상기 온도검출부(400) 및 상기 전력검출부(500)에서의 검출결과 상기 메인 스트링(100)에서 화재 발생의 위험성이 검출되면, 상기 제1 사이리스터(110)의 연결을 끊고, 제2 사이리스터(120)를 연결하여 서브 스트링(200)으로 바이패스시켜 상기 태양광 어레이(10)와 인버터(30)의 (+)극이 연결되도록 구성된다. 즉, 연결된 스트링에 중에서 이상이 발생된 스트링을 차단하고 건전한 스트링이 계통이 투입되어 전원을 바이패스 시킴에 따라 전원의 중단없이 지속적인 전력을 생산할 수 있게 된다.
이때, 상기 제어부(600)는 상기 제1 사이리스터(110) 및 제2 사이리스터(120)의 동작 상태, 상기 온도검출부(400)에서 검출된 온도값 및 상기 전력검출부(500)에서 검출된 전압값과 전류값을 출력하도록 제어신호를 출력하게 된다.
한편, 상기 제1 사이리스터(110) 및 제2 사이리스터(120)에는 고온 발열로 인한 소손을 방지하기 위하여, 발생된 열을 방출하는 방열판(130)이 구비될 수 있음은 물론이다.
여기서, 사이리스터에 의한 메인 스트링(100) 또는 서브 스트링(200)의 온/오프 동작을 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반에서 사이리스터의 온/오프를 제어하기 위한 회로도이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반에서 사이리스터의 온/오프를 제어하기 위한 회로는 제어부(600)의 온 신호에 따라 점등되는 포토다이오드와 상기 포토다이오드에서 발광되는 빛을 수광하여 도통되는 포토 트랜지스터로 구성되는 포토커플러(PCS)를 이용하여 상기 사이리스터의 동작을 제어하게 된다.
즉, 상기 포토 트랜지스터의 출력측 전원을 제어신호로 하여 상기 사이리스터의 게이트에 입력하는 것으로서, 상기 사이리스터의 온 및 오프를 제어하게 된다.
부연하면, 제어부(600)에서 온 신호가 출력되면, 포토커플러(PSC)의 광전자인 포토다이오드가 점등되어 광신호를 출력한다. 포토다이오드의 점등에 의해 포토트랜지스터가 동작되어 고정 전원(Isolated Power)이 인가되게 되고, 이에 상기 사이리스터의 게이트에는 +12V의 전원이 인가된다.
상기 사이리스터의 게이트에 전원이 인가되면, 상기 사이리스터의 캐소드와 애노드가 도통되어 메인 스트링(100) 또는 서브 스트링(200)이 연결되게 된다.
반대로, 상기 사이리스터를 오프시키기 위해서는 상기 제어부(600)에서 오프신호를 출력하면, 즉, 온 신호를 중지하게 되면, 상기 포토커플러는 -12V의 전원이 상기 사이리스터의 게이트에 입력되어, 상기 사이리스터는 개방되어 메인 스트링(100) 또는 서브 스트링(200)의 연결을 끓게 된다.
이에 따라, 상기 제어부(600)에서 온(도통) 신호가 출력되는 동안에는 상기 사이리스터를 지속적으로 도통된 상태를 유지하고, 상기 제어부(600)에서 오프(개방) 신호가 출력되면 상기 사이리스터는 개방되게 된다.
이와 같이, 상기 사이리스터의 도통과 개방은 포토커플러의 동작에 의해 제어될 수 있으므로, 광원에 의한 잡음에 강하고 스위치 동작에 따른 전류를 절연할 수 있으며, 각 장치마다 접지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 기계적인 동작이 배제되어 마모되지 않고, 동작오류를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
한편, 일반적인 태양광 발전 시스템은 에너지 저장장치와 연계하여 구성될 수 있으며, 주간에 생산된 전기에너지를 에너지 저장장치에 저장하고, 태양광 발전을 수행할 수 없는 야간에는 저장된 전기에너지를 부하에 공급하도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부(600)는 상기 전력검출부(500)로부터 검출된 전압값이 설정된 최소 전압값보다 상대적으로 낮은 경우, 상기 제1 사이리스터(110) 및 제2 사이리스터(120)를 오프하여 각각 연결된 스트링을 차단하도록 제어되게 구성될 수 있다.
반대로, 상기 제어부(600)는 상기 전력검출부(500)로부터 검출된 전압값이 설정된 최소 전압값보다 상대적으로 높을 경우, 상기 제1 사이리스터(110) 또는 제2 사이리스터(120) 중에서 선택된 하나의 사이리스터를 온으로 전환시켜 상기 태양광 어레이(10)에서 생산된 전력이 인버터(30)에 공급되도록 구성된다.
상기 통신부(700)는 상기 제어부(600)에서 출력되는 제어신호를 통신망을 통해 전송하는 기능을 수행하는 것으로서, 전송된 제어신호는 원격지에서 이를 수신하여 모니터에 표시되도록 구성된다.
상기 통신부(700)는 이미 공지된 다양한 통신 프로토콜 중 필요에 따라 유선 또는 무선 통신 프로토콜을 지원하도록 구성될 수 있다. 보다 바람직하게 본 발명에 따른 통신모듈은 RS-485 방식의 시리얼 통신을 지원하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 통신부(700)를 통해 전송되는 제어신호로는 상기 제1 및 제2 사이리스터(110, 120)의 온/오프 상태, 각 스트링의 전압/전류값 및 온도값으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 통신부(700)로부터 수신된 데이터는 별도의 관리서버에서 이를 수신하여 저장 관리되도록 구성되고, 이를 표시장치(예, 모니터) 등을 통해 출력하도록 구성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
10: 태양광 어레이 20: 태양광 접속반
30: 인버터
100: 메인 스트링 110: 제1 사이리스터
120: 제2 사이리스터 130: 방열판
200: 서브 스트링
300: 어스 스트링
400: 온도검출부 410: 센서모듈
420: 마이컴모듈 430: 인터페이스모듈
500: 전력검출부 600: 제어부
700: 통신부
T11, T12: 터미널
F11, F12: 퓨즈
30: 인버터
100: 메인 스트링 110: 제1 사이리스터
120: 제2 사이리스터 130: 방열판
200: 서브 스트링
300: 어스 스트링
400: 온도검출부 410: 센서모듈
420: 마이컴모듈 430: 인터페이스모듈
500: 전력검출부 600: 제어부
700: 통신부
T11, T12: 터미널
F11, F12: 퓨즈
Claims (5)
- 복수 개의 태양광 어레이(10)로부터 생산된 전력을 수신하고, 상기 수신된 전력을 취합하여 인버터(30)로 전송하는 태양광 접속반(20)에 있어서,
상기 태양광 어레이(10)의 (+)출력단과 상기 인버터(30)의 (+)입력단 사이를 연결하고, 터미널(T11)과 퓨즈(F11)가 설치되며, 역전류를 방지하고 회로를 단속하는 제1 사이리스터(110)가 구비되는 메인 스트링(100);
상기 메인 스트링(100)과 병렬로 구비되어 터미널(T12)과 퓨즈(F12)가 설치되며, 역전류를 방지하고 회로를 단속하는 제2 사이리스터(120)가 구비되는 서브 스트링(200);
상기 태양광 어레이(10)의 (-)출력단과 상기 인버터(30)의 (-)입력단 사이를 연결하는 어스 스트링(300);
상기 메인 스트링(100) 및 서브 스트링(200)의 온도를 검출하는 온도검출부(400);
상기 인버터(30)에 입력되는 전압 및 전류를 검출하는 전력검출부(500); 및
상기 온도검출부(400) 및 상기 전력검출부(500)에서의 검출결과에 근거하여 전기화재 가능성에 대해 판단하고, 상기 판단 결과 전기화재의 위험성이 있는 것으로 판단되는 경우, 전기화재 위험성이 있는 스트링을 차단하고 상기 스트링과 병렬로 연결된 스트링을 연결하도록 상기 제1 사이리스터(110) 및 제2 사이리스터(120)를 제어하는 제어부(600);
를 포함하여 구성되며,
상기 제어부(600)는,
상기 제1 사이리스터(110) 및 제2 사이리스터(120)의 동작 상태, 상기 온도검출부(400)에서 검출된 온도값 및 상기 전력검출부(500)에서 검출된 전압값과 전류값을 출력하도록 제어하고,
상기 제어부(600)에서 출력되는 제어신호를 통신망을 통해 전송하는 통신부(700);
를 더 포함하며,
상기 온도검출부(400)는,
접속점인 상기 터미널(T11, T12)에 인접하여 설치되어 상기 터미널(T11, T12)의 온도를 검출하며,
상기 태양광 어레이(10)가 복수 개로 구성되는 경우,
상기 서브 스트링(200) 및 어스 스트링(300) 또한 상기 태양광 어레이(10)의 수에 비례하여 각각 복수 개로 구성되며,
상기 서브 스트링(200) 및 어스 스트링(300)의 온도 및 전력을 각각 검출하는 상기 온도검출부(400) 및 전력검출부(500)도 각각 복수 개로 구성되며,
상기 온도 검출부(400)는 센서모듈(410), 마이컴모듈(420) 및 인터페이스모듈(430)을 포함하여 구성되며,
상기 센서모듈(410)은,
저항의 변화에 따라 온도 데이터로 변환하고, 변환된 온도 데이터를 디지털 신호로 출력하며,
상기 마이컴모듈(420)은,
상기 센서모듈(410)에서 출력되는 디지털 신호를 외부 데이터 신호로 변환하여 출력하며,
상기 인터페이스모듈(430)은,
상기 마이컴모듈(420)과 외부 기기와의 통신을 수행하며, 상기 마이컴모듈(420)에서 변환된 외부 데이터 신호를 제어부(600)로 전송하는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 사이리스터(110) 및 제2 사이리스터(120)에서 발생된 열을 방출하는 방열판(130);
이 더 구비된 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어부(600)는,
상기 전력검출부(500)로부터 검출된 전압값이 설정된 최소 전압값보다 상대적으로 낮은 경우, 상기 제1 사이리스터(110) 및 제2 사이리스터(120)를 오프하여 각각 연결된 스트링을 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160104649A KR101712823B1 (ko) | 2016-08-18 | 2016-08-18 | 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160104649A KR101712823B1 (ko) | 2016-08-18 | 2016-08-18 | 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101712823B1 true KR101712823B1 (ko) | 2017-03-22 |
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| KR1020160104649A KR101712823B1 (ko) | 2016-08-18 | 2016-08-18 | 화재 예방을 위한 바이패스 기능을 가지는 태양광 접속반 |
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