KR101819328B1 - 제설 기능이 구비된 태양광 발전 시스템 및 이를 이용한 태양광 발전 방법 - Google Patents

제설 기능이 구비된 태양광 발전 시스템 및 이를 이용한 태양광 발전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제설 기능이 구비된 태양광 발전 시스템 및 이를 이용한 태양광 발전 방법에 관한 것으로서, 제설기능이 구비된 태양광 발전 시스템은 전압을 공급받아 열을 발생시키는 탄소 소재의 발열 필름을 포함하며, 태양광을 흡수하여 직류 전압을 생성하는 태양광 모듈, 상기 태양광 모듈의 적설량 및 일사량을 센싱하는 센싱 모듈, 상기 센싱된 적설량 및 일사량을 기 설정된 각각의 임계값과 비교하고 현재 시간을 기 설정된 제설 운행 시간과 비교하며, 상기 비교 결과에 따라, 상기 발열 필름에 교류 전압이 공급되거나 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 생성하는 제어반, 그리고 상기 태양광 모듈과 연결되며, 상기 제어신호에 따라 스위치를 턴 온(turn on) 하거나 턴 오프(turn off) 하여 상기 발열 필름에 교류 전압을 공급하거나 공급을 차단하도록 제어하는 분전반을 포함한다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 제설 운행 시간, 적설량 및 일사량을 고려하여 태양광 모듈의 적설 제거 여부를 판단하므로, 고효율의 제설작업이 가능하다. 특히, 일몰시간부터 일출시간 사이에 제설 작업을 중단시키고, 제설에 소비되는 전력과 태양광 모듈 상단에 눈이 쌓인 상태에서의 발전 전력을 비교하고, 일사량을 통해 제설에 사용되는 전력과 제설 후 발전 전력의 관계를 고려하여 제설을 판단하므로 전력효율을 높일 수 있다.

Description

제설 기능이 구비된 태양광 발전 시스템 및 이를 이용한 태양광 발전 방법{PHOTOCOLTAICS SYSTEM WITH SNOW REMOVAL FUNCTION AND PHOTOCOLTAICS METHOD USING THE SAME}
본 발명은 제설 기능이 구비된 태양광 발전 시스템 및 이를 이용한 태양광 발전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적설을 제거하여 태양광 발전 효율을 높이기 위한 제설 기능이 구비된 태양광 발전 시스템 및 이를 이용한 태양광 발전 방법에 관한 것이다.
최근 매장된 석유, 석탄, 천연가스와 같은 에너지 자원의 고갈이 예상되고, 환경오염에 대한 경각심이 높아지면서 친환경 에너지 개발에 대한 관심이 커지고 있다. 특히, 태양광을 이용한 발전 시스템은 세계 다수의 국가들이 막대한 지원을 통해 육성하고 있으며, 많은 기업들이 개발사업에 뛰어들고 있다.
다만, 태양광 발전은 태양광을 집광하여 발전을 하므로 날씨나 기후 변화에 민감한 발전 기술이다. 날씨가 맑고 일사량이 많은 경우에는 발전량이 높으나, 날씨가 흐리거나 악천후가 발생한 날에는 발전량이 낮다. 특히, 눈이 내려 태양광 모듈에 쌓인 경우 태양광 모듈이 태양광을 집광할 수 없으므로 발전 효율이 매우 낮아지게 된다. 따라서, 태양광 발전 효율을 높이기 위해서는 태양광 모듈의 적설을 제거하는 것이 필수적이다.
그러나, 대부분의 태양광 발전소는 무인 또는 소수 인력으로 운영되는 경우가 많아 제설의 어려움이 있으며, 제설시 안전사고의 위험이 있다. 또한, 최근, 폭설의 빈번한 발생하고, 습설화로 인해 눈이 쉽게 동결되어 제설이 쉽지 않다. 뿐만 아니라, 발전 효율을 높이기 위해 건물의 옥상이나 호수 수면 등 제설 작업이 어려운 지역에 태양광 모듈을 설치하는 사례가 늘어 제설 작업에 어려움을 가중시키고 있는 실정이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2013-0087171호(2013.08.06공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 적설을 제거하여 태양광 발전 효율을 높이기 위한 제설 기능이 구비된 태양광 발전 시스템 및 이를 이용한 태양광 발전 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 제설기능이 구비된 태양광 발전 시스템은 전압을 공급받아 열을 발생시키는 탄소 소재의 발열 필름을 포함하며, 태양광을 흡수하여 직류 전압을 생성하는 태양광 모듈, 상기 태양광 모듈의 적설량 및 일사량을 센싱하는 센싱 모듈, 상기 센싱된 적설량 및 일사량을 기 설정된 각각의 임계값과 비교하고 현재 시간을 기 설정된 제설 운행 시간과 비교하며, 상기 비교 결과에 따라, 상기 발열 필름에 교류 전압이 공급되거나 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 생성하는 제어반, 그리고 상기 태양광 모듈과 연결되며, 상기 제어신호에 따라 스위치를 턴 온(turn on) 하거나 턴 오프(turn off) 하여 상기 발열 필름에 교류 전압을 공급하거나 공급을 차단하도록 제어하는 분전반을 포함한다.
상기 태양광 모듈은, 백시트(backsheet) 상단에 적층된 제1 밀봉재, 상기 제1 밀봉재 상단에 적층된 상기 탄소 소재의 발열 필름, 상기 발열 필름 상단에 적층된 제2 밀봉재, 상기 제2 밀봉재 상단에 적층된 태양전지모듈, 상기 태양전지모듈 상단에 적층된 제3 밀봉재, 그리고 상기 제3 밀봉재 상단에 적층된 강화유리를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 밀봉재는, 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer)를 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제어반은, 현재 시간이 제설 운행 시간에 포함되는지 여부를 판단하고, 상기 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 큰지 여부를 판단하고, 상기 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 큰지 여부를 판단하는 판단부, 그리고 상기 판단 결과, 현재 시간이 제설 운행 시간에 포함되고 상기 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 크거나 같고 상기 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 크거나 같으면 상기 발열 필름에 교류 전압이 공급되도록 제어하는 제설제어신호를 생성하고, 현재 시간이 제설 운행 시간에 미포함되거나 상기 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 작거나 상기 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 작으면 상기 발열 필름에 교류 전압의 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 생성하는 신호 생성부를 포함할 수 있다.
상기 분전반은, 변압기와 상기 발열 필름을 제1 스위치를 통해 연결하며, 턴 온 시에 상기 변압기에서 생성된 교류 전압을 상기 변압기로부터 전송받아 상기 발열 필름에 공급하고, 턴 오프 시에 교류 전압의 공급을 차단하는 제1 스위치부를 포함할 수 있다.
상기 분전반은, 인버터와 상기 발열 필름을 제2 스위치를 통해 연결하며, 턴 온 시에 상기 인버터와 연결된 변압기에서 생성된 교류 전압을 상기 인버터로부터 전송받아 상기 발열 필름에 공급하고, 턴 오프 시에 교류 전압의 공급을 차단하는 제2 스위치부를 포함할 수 있다.
상기 제어반은, 상기 태양광 모듈의 발전 여부를 제어하는 발전제어신호를 생성하며, 상기 분전반은, 상기 태양광 모듈과 상기 인버터를 제3 스위치를 통해 연결하며, 상기 발전제어신호에 따라, 턴 온 시에 상기 태양광 모듈에서 생성된 직류 전압을 상기 태양광 모듈로부터 전송받아 상기 인버터에 공급하고, 턴 오프 시에 상기 태양광 모듈의 발전을 중단시키는 제3 스위치부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 이용한 태양광 발전 방법에 있어서, 전압을 공급받아 열을 발생시키는 탄소 소재의 발열 필름을 포함하는 태양광 모듈의 적설량 및 일사량을 센싱하는 단계, 상기 센싱된 적설량 및 일사량을 기 설정된 각각의 임계값과 비교하고 현재 시간을 기 설정된 제설 운행 시간과 비교하는 단계, 상기 비교 결과에 따라, 상기 발열 필름에 교류 전압이 공급되거나 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 생성하는 단계, 그리고 상기 제어신호에 따라 스위치를 턴 온(turn on) 하거나 턴 오프(turn off) 하여 상기 발열 필름에 교류 전압을 공급하거나 공급을 차단하도록 제어하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 제설 운행 시간, 적설량 및 일사량을 고려하여 태양광 모듈의 적설 제거 여부를 판단하므로, 고효율의 제설작업이 가능하다. 특히, 일사량이 없는 일몰시간부터 일출시간 사이에 제설 작업을 중단시켜 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있으며, 제설에 소비되는 전력과 태양광 모듈 상단에 눈이 쌓인 상태에서의 발전 전력을 비교하여 제설작업을 진행하므로 전력 효율을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 일사량을 통해 제설에 사용되는 전력과 제설 후 발전 전력의 관계를 고려하여 제설 여부를 판단하므로 전력 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 탄소 소재의 발열 필름은 고체 상태의 물질이 에너지를 흡수해 액체 상태로 변하는 용융현상이 없어 제설 운행시 모듈의 내구성을 유지할 수 있다. 뿐만 아니라, 탄소소재를 이용하여 형성된 발열필름은 금속보다 중량이 적어 태양광 모듈의 설치 구조물에 부가되는 기계적 하중을 최소화할 수 있으며, 금속 소재보다 탄성과 강도가 뛰어나 내구성이 높은 장점을 가진다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 탄소 소재의 발열 필름은 높은 열전도도를 가지므로 태양광 발전시 태양광 모듈의 열을 외부로 방출시키는 능력이 높으며, 이를 통해 태양광 모듈의 온도 상승을 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 밀봉재는 폴리올레핀 엘라스토머 소재를 이용하여 형성됨으로써, 태양광 모듈의 내구성을 향상시키고, 높은 절연 성능을 통해 발열 필름과 백시트의 전기적 안정성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 제설에 사용되는 전력을 변압기, 인버터, 분전함 그리고 태양광 모듈의 방향으로 공급할 수 있음에 따라, 변압기에서 분전반으로 연결되는 별도의 송전선 설치가 불필요하므로, 태양광 발전 시스템의 시공이 용이하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제설기능을 구비한 태양광 발전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 제어반의 구성도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 분전반을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 태양광 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 방법을 나타낸 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 통해 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 대하여 살펴본다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제설기능을 구비한 태양광 발전 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 나타낸 제어반의 구성도이다. 도 3은 도 1에 나타낸 분전반을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 1에 나타낸 태양광 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제설기능을 구비한 태양광 발전 시스템은 센싱 모듈(100), 제어반(200), 분전반(300), 태양광 모듈(400), 인버터(500) 및 변압기(600)를 포함한다.
우선, 센싱 모듈(100)은 태양광 모듈(400)의 적설량 및 일사량을 센싱한다.
구체적으로, 센셍 모듈은 초음파나 레이저 등을 이용하는 적설량 측정 센서를 이용하여 태양광 모듈(400) 상부면의 적설량을 센싱할 수 있다. 그리고, 센싱 모듈(100)은 빛의 세기나 태양광량을 측정하는 일사량 센서나 퀀텀 센서(Quantum Sensor)를 이용하여 일사량을 센싱할 수 있다.
한편, 센싱 모듈(100)은 제어반(200)과 유무선으로 통신 연결되어 있으며, 센싱된 적설량 및 일사량을 제어모듈로 전송한다.
다음으로, 제어반(200)은 센싱된 적설량 및 일사량을 기 설정된 각각의 임계값과 비교하고 현재 시간을 기 설정된 제설 운행 시간과 비교한다. 그리고 제어반(200)은 비교 결과에 따라, 발열 필름(430)에 교류 전압이 공급되거나 공급이 차단되도록 제어하는 제어신호를 생성한다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제어반(200)은 판단부(210) 및 신호 생성부(220)를 포함한다.
먼저, 판단부(210)는 현재 시간이 제설 운행 시간에 포함되는지 여부를 판단한다. 이때, 제설 운행 시간은 일출시간부터 일몰시간 사이의 시간대로 기 설정될 수 있다. 또한, 일출시간 및 일몰시간은 일년을 주기로 변화하므로 제설 운행 시간은 일정한 날짜 간격으로 다르게 설정될 수 있다.
그리고, 판단부(210)는 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 큰지 여부를 판단한다. 이때, 제1 임계값은 태양광 모듈(400) 상부면의 적설 제거에 사용되는 전력과 적설 제거를 하지 않고 태양광 발전을 하는 경우의 생산 전력을 고려하여 설정될 수 있다.
또한, 판단부(210)는 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 큰지 여부를 판단한다. 이때, 제2 임계값은 태양광 모듈(400) 상부면의 적설 제거에 사용되는 전력과 적설 제거 후 태양광 모듈(400)의 생산 전력을 고려하여 설정될 수 있다.
다음으로, 신호 생성부(220)는 판단부(210)의 판단 결과를 이용하여 제설제어신호를 생성한다.
구체적으로, 신호 생성부(220)는 현재 시간이 제설 운행 시간에 포함되고, 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 크거나 같고, 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 크거나 같으면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(400)에 포함된 발열 필름(430)에 교류 전압이 공급되도록 제어하는 제설제어신호를 생성한다.
반면, 신호 생성부(220)는 현재 시간이 제설 운행 시간에 미포함되거나, 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 작거나, 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 작으면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(400)에 포함된 발열 필름(430)에 교류 전압의 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 생성한다.
그리고, 신호 생성부(220)는 태양광 모듈(400)의 발전 여부를 제어하는 발전제어신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 생성부(220)는 발열 필름(430)에 교류 전압이 공급되도록 제어하는 제설제설신호가 생성되면 태양광 모듈(400)의 발전을 중단시키도록 제어하는 발전제어신호를 생성할 수 있다. 반대로, 신호 생성부(220)는 발열 필름(430)에 교류 전압의 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호가 생성되면 생성된 직류 전압을 태양광 모듈(400)로부터 전송받아 인버터(500)에 공급하도록 제어하는 발전제어신호를 생성할 수 있다. 또한, 신호 생성부(220)는 발열 필름(430)에 교류 전압이 공급되도록 제어하는 제설제설신호가 생성되면 생성된 직류 전압을 태양광 모듈(400)로부터 전송받아 인버터(500)에 공급하도록 제어하는 발전제어신호를 생성할 수도 있다.
한편, 신호 생성부(220)는 분전반(300)과 유무선으로 통신 연결되어 있으며, 생성된 제설제어신호 및 발전제어신호를 분전반(300)으로 전송한다.
다음으로, 분전반(300)은 태양광 모듈(400)과 연결된다. 그리고 분전반(300)은 제어반(200)으로부터 전송받은 제어신호에 따라 스위치를 온(on) 하거나 오프(off) 하여 발열 필름(430)에 교류 전압을 공급하거나 공급을 차단하도록 제어한다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분전반(300)은 제1 스위치부(310), 제2 스위치부(320) 및 제3 스위치부(330)를 포함할 수 있다.
먼저, 제1 스위치부(310)는 변압기(600)와 발열 필름(430)을 제1 스위치를 통해 연결한다. 그리고 제1 스위치부(310)는 턴 온(turn on) 시에 변압기(600)에서 생성된 교류 전압을 변압기(600)로부터 전송받아 발열 필름(430)에 공급한다.
다음으로, 제2 스위치부(320)는 인버터(500)와 발열 필름(430)을 제2 스위치를 통해 연결한다. 그리고 제2 스위치부(320)는 턴 온(turn on) 시에 인버터(500)와 연결된 변압기(600)에서 생성된 교류 전압을 인버터(500)로부터 전송받아 발열 필름(430)에 공급한다.
다음으로, 제3 스위치부(330)는 태양광 모듈(400)과 인버터(500)를 제3 스위치를 통해 연결한다. 그리고, 제3 스위치부(330)는 턴 온(turn on) 시에 태양광 모듈(400)에서 생성된 직류 전압을 태양광 모듈(400)로부터 전송받아 인버터(500)에 공급한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면 분전반(300)은 제1 스위치부(310)와 제3 스위치부(330)를 포함하거나, 제2 스위치부(320)와 제3 스위치부(330)를 포함하여 형성될 수 있다.
다음으로, 태양광 모듈(400)은 교류 전압을 공급받아 열을 발생시키는 탄소 소재의 발열 필름(430)을 포함한다. 그리고 태양광 모듈(400)은 태양광을 흡수하여 직류 전압을 생성한다.
도 4에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(400)은 백시트(410), 제1 밀봉재(420), 탄소 소재의 발열 필름(430), 제2 밀봉재(440), 태양전지모듈(450), 제3 밀봉재(460), 그리고 강화유리(470)를 포함한다.
먼저, 백시트(backsheet, 410)는 태양광 모듈(400)의 최하단에 위치하며 태양광 모듈(400)을 보호하는 역할을 한다. 또한, 태양광 모듈(400)이 태양광을 집광하여 직류 전압을 생성할 때 발생하는 열을 외부로 방출하여 태양광 모듈(400)의 온도를 낮추는 역할을 한다. 이때, 백시트(410)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate)를 이용하여 형성될 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따르면 백시트(410)는 흰색으로 형성될 수 있으며, 이 경우 태양광 반사율을 높일 수 있으므로 태양광 모듈(400)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 제1 밀봉재(420)는 백시트(410) 상단에 적층된다. 구체적으로 제1 밀봉재(420)는 백시트(410)와 발열 필름(430) 사이에 위치한다. 그리고 제1 밀봉재(420)는 습기, 공기, 먼지 등의 이물질이 외부로부터 유입되는 것을 차단한다. 또한, 제1 밀봉재(420)는 백시트(410)와 발열 필름(430) 사이의 전기적 흐름을 차단하며, 외부 충격으로부터 태양전지모듈(450)을 보호한다. 이때, 제1 밀봉재(420)는 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer)를 이용하여 형성될 수 있다.
다음으로, 발열 필름(430)은 탄소 소재를 이용하여 형성되며, 제1 밀봉재(420) 상단에 적층된다. 그리고, 발열 필름(430)은 제어반(200)로부터 공급받은 교류전압을 열에너지로 변환시켜 태양광 모듈(400)의 강화 유리로 전달함으로써 태양광 모듈(400) 상부면의 적설을 제거한다. 이때, 탄소 소재는 카본 블랙(carbon black), 탄소 섬유(carbon fiber), 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면 발열 시트는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate)로 형성된 제1 부재, 제1 부재 상단에 적층된 탄소 소재의 발열체, 탄소 소재의 발열체 상단에 적층된 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 형성된 제2 부재의 구조로 형성될 수 있다.
다음으로, 제2 밀봉재(440)는 발열 필름(430) 상단에 적층된다. 구체적으로 제2 밀봉재(440)는 발열 필름(430)과 태양전지모듈(450) 사이에 위치한다. 그리고 제2 밀봉재(440)는 습기, 공기, 먼지 등의 이물질이 외부로부터 유입되는 것을 차단한다. 또한, 제2 밀봉재(440)는 태양전지모듈(450)과 발열 필름(430) 사이의 전기적 흐름을 차단하며, 외부 충격으로부터 태양전지모듈(450)을 보호한다. 이때, 제2 밀봉재(440)는 폴리올레핀 엘라스토머를 이용하여 형성될 수 있다.
다음으로, 태양전지모듈(450)은 제2 밀봉재(440) 상단에 적층되며, 태양광을 집광하여 직류전압을 생성한다. 구체적으로, 태양전지모듈(450)은 태양광을 흡수하여 직류 전압을 생성하는 태양전지셀을 직렬연결함으로써 형성되는데, 이때 인버터(500)의 변압 효율을 고려하여 수십개의 태양전지셀을 사용한다. 또한, 태양전지모듈(450)은 분전반(300)과 연결되어 생성한 직류 전압을 분전반(300)에 공급한다.
다음으로, 제3 밀봉재(460)는 태양전지모듈(450) 상단에 적층된다. 구체적으로 제3 밀봉재(460)는 태양전지모듈(450)과 강화유리(470) 사이에 위치한다. 그리고 제3 밀봉재(460)는 습기, 공기, 먼지 등의 이물질이 외부로부터 유입되는 것을 차단한다. 또한, 제3 밀봉재(460)는 태양전지모듈(450)과 강화유리(470) 사이의 전기적 흐름을 차단하며, 외부 충격으로부터 태양전지모듈(450)을 보호한다. 이때, 제3 밀봉재(460)는 폴리올레핀 엘라스토머를 이용하여 형성될 수 있다.
다음으로, 강화유리(470)는 제3 밀봉재(460) 상단에 적층된다. 구체적으로 강화유리(470)는 태양광 모듈(400) 최상단에 위치한다. 그리고, 강화유리(470)는 외부의 이물질을 차단하고 외부로부터의 충격에 의해 태양전지모듈(450) 및 발열시트가 파손되는 것을 방지한다. 이때, 강화유리(470)는 태양광이 투과되어 태양전지모듈(450)에 도달할 수 있도록 투명 재질로 형성될 수 있다.
다음으로, 인버터(Inverter, 500)는 분전반(300)으로부터 태양광 모듈(400)이 생성한 직류전압을 공급받아 교류전압으로 변압한다. 또한, 인버터(500)는 변압기(600)로부터 교류전압을 전송받아 분전반(300)으로 공급할 수 있다. 이때, 교류전압은 태양광 모듈(400)에 공급되어 태양광 모듈(400) 상단의 적설을 제거하는데 사용된다.
그리고, 변압기(Transformer, 600)는 인버터(500)가 변압한 교류전압을 공급받아 교류 전압의 크기를 변환한다. 여기서, 크기가 변환된 교류 전압은 전력계통으로 공급될 수 있다. 또한, 변압기(600)는 크기가 변환된 교류 전압을 인버터(500)에 공급할 수 있다. 이때, 인버터(500)에 공급된 교류 전압은 태양광 모듈(400)에 공급되어 태양광 모듈(400) 상단의 적설을 제거하는데 사용된다.
다음으로, 도 5를 통해 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 이용한 태양광 발전 방법에 대하여 살펴본다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5에서 나타난 바와 같이, 센싱 모듈(100)은 태양광 모듈(400)의 적설량 및 일사량을 센싱한다(S505). 그러면, 센싱 모듈(100)은 센싱된 적설량 및 일사량을 제어반(200)으로 전송한다(S510).
다음으로, 제어반(200)은 현재 시간이 제설 운행 시간에 포함되는지 여부를 판단한다(S515). 그리고, 제어반(200)은 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 큰지 여부를 판단한다(S520). 그리고, 제어반(200)은 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 큰지 여부를 판단한다(S525).
다음으로, 제어반(200)은 현재 시간이 제설 운행 시간에 포함되고, 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 크거나 같고, 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 크거나 같으면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(400)의 발열 필름(430)에 교류 전압이 공급되도록 제어하는 제설제어신호를 생성한다(S530).
반면, 제어반(200)은 현재 시간이 제설 운행 시간에 미포함되거나, 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 작거나, 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 작으면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(400)의 발열 필름(430)에 교류 전압의 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 생성한다(S535).
예를 들어, 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 크고 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 크지만 현재 시간이 제설 운행 시간에 포함되지 않는다고 가정한다. 그러면, 제어반(200)은 태양광 모듈(400)의 발열 필름(430)에 교류 전압의 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 생성한다.
다음으로, 제어반(200)은 생성된 제설제어신호를 분전반(300)으로 전송한다(S540).
그러면, 분전반(300)은 제어신호에 따라 스위치를 온(on) 하거나 오프(off) 하여 상기 발열 필름(430)에 교류 전압을 공급하거나 공급을 차단하도록 제어한다(S545, S550).
구체적으로, 분전반(300)은 발열 필름(430)에 교류 전압이 공급되도록 제어하는 제설제어신호를 입력받을 수 있다. 그러면 분전반(300)은 제1 스위치를 턴 온 하여 변압기(600)에서 생성된 교류 전압을 변압기(600)로부터 전송받는다. 그리고 분전반(300)은 변압기(600)로부터 전송받은 교류 전압을 발열 필름(430)에 공급한다. 반면, 분전반(300)은 발열 필름(430)에 교류 전압의 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 입력받을 수 있다. 그러면, 제어반(200)은 제1 스위치를 턴 오프 하여 발열 필름(430)으로의 교류 전압 공급을 차단할 수 있다.
또한, 분전반(300)은 발열 필름(430)에 교류 전압이 공급되도록 제어하는 제설제어신호를 입력받을 수 있다. 그러면, 분전반(300)은 제2 스위치를 턴 온 하여 변압기(600)에서 생성된 교류 전압을 인버터(500)로부터 전송받는다. 그리고, 분전반(300)은 인버터(500)로부터 전송받은 교류 전압을 태양광 모듈(400)에 공급한다. 반면, 분전반(300)은 발열 필름(430)에 교류 전압의 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 입력받을 수 있다. 그러면, 제어반(200)은 제2 스위치를 턴 오프 하여 발열 필름(430)으로의 교류 전압 공급을 차단할 수 있다.
그러면, 태양광 모듈(400)은 교류 전압의 공급 또는 공급 차단에 따라 발열하거나 발열을 중단함으로써 적설을 제거하거나 적설 제거를 중단할 수 있다(S555).
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어반(200)은 제설제어신호를 생성함과 동시에 태양광 모듈(400)의 발전 여부를 제어하는 발전제어신호를 생성할 수 있다. 그러면, 분전반(300)은 발전제어신호에 따라 제3 스위치를 턴 온 하여 태양광 모듈(400)에서 생성된 직류 전압을 태양광 모듈(400)로부터 전송받아 인버터(500)에 공급하거나, 턴 오프 하여 태양광 모듈(400)의 발전을 중단시킬 수 있다.
예를 들어, 발열 필름(430)에 교류 전압을 공급하는 제설제어신호가 생성된 경우 제어반(200)은 태양광 모듈(400) 발전을 중단시키는 발전제어신호를 생성할 수 있다. 그러면, 분전반(300)은 발전제어신호에 따라 제3 스위치를 턴 오프 하여 태양광 모듈(400)의 발전을 중단시킬 수 있다.
반대로, 발열 필름(430)에 교류 전압의 공급을 차단하는 제설제어신호가 생성된 경우, 제어반(200)은 태양광 모듈(400) 발전을 가동시키는 발전제어신호를 생성할 수 있다. 그러면 분전반(300)은 발전제어신호에 따라 제3 스위치를 턴 온 하여 태양광 모듈(400)에서 생성된 직류 전압을 태양광 모듈(400)로부터 전송 받아 인버터(500)에 공급할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 제설 운행 시간, 적설량 및 일사량을 고려하여 태양광 모듈의 적설 제거 여부를 판단하므로, 고효율의 제설작업이 가능하다. 특히, 일사량이 없는 일몰시간부터 일출시간 사이에 제설 작업을 중단시켜 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있으며, 제설에 소비되는 전력과 태양광 모듈 상단에 눈이 쌓인 상태에서의 발전 전력을 비교하여 제설작업을 진행하므로 전력 효율을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 일사량을 통해 제설에 사용되는 전력과 제설 후 발전 전력의 관계를 고려하여 제설 여부를 판단하므로 전력 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 탄소 소재의 발열 필름은 고체 상태의 물질이 에너지를 흡수해 액체 상태로 변하는 용융현상이 없어 제설 운행시 모듈의 내구성을 유지할 수 있다. 뿐만 아니라, 탄소소재를 이용하여 형성된 발열 필름은 금속보다 중량이 적어 태양광 모듈의 설치 구조물에 부가되는 기계적 하중을 최소화할 수 있으며, 금속보다 탄성과 강도가 뛰어나 내구성이 높은 장점을 가진다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 탄소 소재의 발열 필름은 높은 열전도도를 가지므로 태양광 발전시 태양광 모듈의 열을 외부로 방출시키는 능력이 높으며, 이를 통해 태양광 모듈의 온도 상승을 억제할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈의 밀봉재는 폴리올레핀 엘라스토머 소재를 이용하여 형성됨으로써, 태양광 모듈의 내구성을 향상시키고, 높은 절연 성능을 통해 발열 필름과 백시트의 전기적 안정성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 제설에 사용되는 전력을 변압기, 인버터, 분전함 그리고 태양광 모듈의 방향으로 공급할 수 있음에 따라, 변압기에서 분전반으로 연결되는 별도의 송전선 설치가 불필요하므로, 태양광 발전 시스템의 시공이 용이하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 센싱 모듈 200 : 제어반
210 : 판단부 220 : 신호 생성부
300 : 분전반 310 : 제1 스위치부
320 : 제2 스위치부 330 : 제3 스위치부
400 : 태양광 모듈 410 : 백시트
420 : 제1 밀봉재 430 : 발열 필름
440 : 제2 밀봉재 450 : 태양전지모듈
460 : 제3 밀봉재 470 : 강화유리
500 : 인버터 600 : 변압기

Claims (14)

  1. 전압을 공급받아 열을 발생시키는 탄소 소재의 발열 필름을 포함하며, 태양광을 흡수하여 직류 전압을 생성하는 태양광 모듈,
    상기 태양광 모듈의 적설량 및 일사량을 센싱하는 센싱 모듈,
    상기 센싱된 적설량 및 일사량을 기 설정된 각각의 임계값과 비교하고 현재 시간을 기 설정된 제설 운행 시간과 비교하며, 상기 비교 결과에 따라, 상기 발열 필름에 교류 전압이 공급되거나 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 생성하는 제어반, 그리고
    상기 태양광 모듈과 연결되며, 상기 제어신호에 따라 스위치를 턴 온(turn on) 하거나 턴 오프(turn off) 하여 상기 발열 필름에 교류 전압을 공급하거나 공급을 차단하도록 제어하는 분전반을 포함하며,
    상기 제어반은,
    현재 시간이 제설 운행 시간에 포함되는지 여부를 판단하고, 상기 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 큰지 여부를 판단하고, 상기 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 큰지 여부를 판단하는 판단부, 그리고
    상기 판단 결과, 현재 시간이 제설 운행 시간에 포함되고 상기 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 크거나 같고 상기 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 크거나 같으면 상기 발열 필름에 교류 전압이 공급되도록 제어하는 제설제어신호를 생성하고, 현재 시간이 제설 운행 시간에 미포함되거나 상기 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 작거나 상기 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 작으면 상기 발열 필름에 교류 전압의 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 생성하는 신호 생성부를 포함하고,
    상기 분전반은,
    변압기와 상기 발열 필름을 제1 스위치를 통해 연결하며, 턴 온 시에 상기 변압기에서 생성된 교류 전압을 상기 변압기로부터 전송받아 상기 발열 필름에 공급하고, 턴 오프 시에 교류 전압의 공급을 차단하는 제1 스위치부나,
    인버터와 상기 발열 필름을 제2 스위치를 통해 연결하며, 턴 온 시에 상기 인버터와 연결된 변압기에서 생성된 교류 전압을 상기 인버터로부터 전송받아 상기 발열 필름에 공급하고, 턴 오프 시에 교류 전압의 공급을 차단하는 제2 스위치부를 포함하는 제설기능이 구비된 태양광 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 모듈은,
    백시트(backsheet) 상단에 적층된 제1 밀봉재,
    상기 제1 밀봉재 상단에 적층된 상기 탄소 소재의 발열 필름,
    상기 발열 필름 상단에 적층된 제2 밀봉재,
    상기 제2 밀봉재 상단에 적층된 태양전지모듈,
    상기 태양전지모듈 상단에 적층된 제3 밀봉재, 그리고
    상기 제3 밀봉재 상단에 적층된 강화유리를 포함하는 제설기능이 구비된 태양광 발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 밀봉재는,
    폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer)를 이용하여 형성되는 제설기능이 구비된 태양광 발전 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어반은,
    상기 태양광 모듈의 발전 여부를 제어하는 발전제어신호를 생성하며,
    상기 분전반은,
    상기 태양광 모듈과 상기 인버터를 제3 스위치를 통해 연결하며, 상기 발전제어신호에 따라, 턴 온 시에 상기 태양광 모듈에서 생성된 직류 전압을 상기 태양광 모듈로부터 전송받아 상기 인버터에 공급하고, 턴 오프 시에 상기 태양광 모듈의 발전을 중단시키는 제3 스위치부를 더 포함하는 제설기능이 구비된 태양광 발전 시스템.
  8. 태양광 발전 시스템을 이용한 태양광 발전 방법에 있어서,
    전압을 공급받아 열을 발생시키는 탄소 소재의 발열 필름을 포함하는 태양광 모듈의 적설량 및 일사량을 센싱하는 단계,
    상기 센싱된 적설량 및 일사량을 기 설정된 각각의 임계값과 비교하고 현재 시간을 기 설정된 제설 운행 시간과 비교하는 단계,
    상기 비교 결과에 따라, 상기 발열 필름에 교류 전압이 공급되거나 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 생성하는 단계, 그리고
    상기 제어신호에 따라 스위치를 턴 온(turn on) 하거나 턴 오프(turn off) 하여 상기 발열 필름에 교류 전압을 공급하거나 공급을 차단하도록 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 현재 시간을 기 설정된 제설 운행 시간과 비교하는 단계는,
    현재 시간이 제설 운행 시간에 포함되는지 여부를 판단하고, 상기 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 큰지 여부를 판단하고, 상기 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 큰지 여부를 판단하며,
    상기 제설제어신호를 생성하는 단계는,
    상기 판단 결과, 현재 시간이 제설 운행 시간에 포함되고 상기 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 크거나 같고 상기 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 크거나 같으면 상기 발열 필름에 교류 전압이 공급되도록 제어하는 제설제어신호를 생성하고,
    현재 시간이 제설 운행 시간에 미포함되거나 상기 센싱된 적설량이 기 설정된 제1 임계값보다 작거나 상기 센싱된 일사량이 기 설정된 제2 임계값보다 작으면 상기 발열 필름에 교류 전압의 공급이 차단되도록 제어하는 제설제어신호를 생성하며,
    상기 교류 전압을 공급하거나 공급을 차단하도록 제어하는 단계는,
    제1 스위치가 턴 온 시에 변압기에서 생성된 교류 전압을 상기 변압기로부터 전송받아 상기 발열 필름에 공급하고, 턴 오프 시에 교류 전압의 공급을 차단하거나,
    제2 스위치가 턴 온 시에 변압기에서 생성된 교류 전압을 인버터로부터 전송받아 상기 태양광 모듈에 공급하고, 턴 오프 시에 교류 전압의 공급을 차단하는 제설기능이 구비된 태양광 발전 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 태양광 모듈은,
    백시트(backsheet) 상단에 적층된 제1 밀봉재,
    상기 제1 밀봉재 상단에 적층된 상기 탄소 소재의 발열 필름,
    상기 발열 필름 상단에 적층된 제2 밀봉재,
    상기 제2 밀봉재 상단에 적층된 태양전지모듈,
    상기 태양전지모듈 상단에 적층된 제3 밀봉재, 그리고
    상기 제3 밀봉재 상단에 적층된 강화유리를 포함하는 제설기능이 구비된 태양광 발전 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 밀봉재는,
    폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer)를 이용하여 형성되는 제설기능이 구비된 태양광 발전 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 교류 전압을 공급하거나 공급을 차단하도록 제어하는 단계는,
    상기 태양광 모듈의 발전 여부를 제어하는 발전제어신호를 생성하는 단계, 그리고
    상기 발전제어신호에 따라 제3 스위치가 턴 온 시에 상기 태양광 모듈에서 생성된 직류 전압을 상기 태양광 모듈로부터 전송받아 상기 인버터에 공급하고, 턴 오프 시에 상기 태양광 모듈의 발전을 중단시키는 단계를 더 포함하는 제설기능이 구비된 태양광 발전 방법.
KR1020160041739A 2016-04-05 2016-04-05 제설 기능이 구비된 태양광 발전 시스템 및 이를 이용한 태양광 발전 방법 KR101819328B1 (ko)

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