KR101822820B1 - 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환하는 복수의 태양전지모듈, 태양전지모듈에서 생산된 직류를 교류로 변환하는 인버터, 태양전지모듈과 인버터 사이에서 직류 전력을 모아 인버터에 전송해주는 접속반, 태양광 발전시스템의 운전상태 감시, 데이터 관리 등을 하는 모니터링시스템의 구성과; 복수의 태양전지모듈 스트링이 병렬로 접속되는 접속점과 상기 복수의 태양전지모듈 스트링에서의 입력 전압을 차단하는 마그네틱 콘텍트 스위치; 상기 마그네틱 콘텍트 스위치에 동작전압을 제공하는 마그네틱스위치 스위치 드라이브; 상기 마그네틱 콘텍트 스위치의 전력 드라이브 회로와 스마트센서 유닛의 데이터 신호에 의한 드라이브 회로를 상호 연계하여 전력 차단을 조절하는 보조제어유닛; 상기 드라이브 회로의 동작을 위하여 최소한 전력을 공급하는 SMPS; 상기 접속반 내부에는 태양전지모듈 스트링이 병렬로 연결되는 단말 부위에 온도 감지센서, 불꽃 감지센서, 연기 감지센서, 자외선 감지센서, 적외선 감지센서 등이 구비된 스마트센서 유닛; 상기 스마트센서 유닛에서 화재발생 징후가 제어보조유닛에 감지되면 중앙제어 유닛에 통보되어 외부 및 내부 전력을 단계적으로 차단하는 것을 특징으로 하는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템이 제공될 수 있다.

Description

스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템{SOLAR POWER GENERATION SYSTEM THAT CAN PREVENT FIRE SPREAD BY USING SMART SENSOR}
본 발명은 태양광발전시스템의 화재 및 화재확대 예방시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는, 별도의 마그네틱콘텍트스위치와 스마트센서 유닛을 이용하여 접속함내 감지센서 회로를 단순화하고 전력회로 차단을 용이하게 하여 태양광발전시스템의 접속반에 대한 경제적 수명과 산업안전 및 주변기기의 자산을 관리 보호를 극대화할 수 있는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템에 관한 것이다.
태양광발전시스템에서 가장 중요한 부분에 해당하는 태양전지 모듈은 특성상 태양광에 직접적인 노출이 확보되는 옥외나 일조권이 잘 확보될 수 있는 한적한 곳에 설치되고, 발전소로부터 원거리에 위치한 발전소 운영자에 의해 직접적인 시스템 관리와 태양광 발전설비 및 그 부속설비에서의 화재예방 및 화재 확대 예방을 위한 기술과 안전을 담보하는데 어려움이 있다.
이와 같은 문제를 해결하고자 다양한 태양광 발전의 모니터링 시스템이나 문제 발생 시에 대응하는 시스템이 개발되어, 한국등록특허 제10-0697338호는 인터넷을 활용한 태양광발전 원격모니터링 장치 및 방법을 제안한 바 있다.
한국등록특허 제10-0697338호는 인버터로부터 시리얼 통신을 통하여 태양광발전시스템의 데이터를 실시간으로 수집하는 RTU와 전국에 설치되어 있는 RTU로부터 실시간 데이터를 수집하여 TCP/IP를 통하여 실시간 운전 데이터 및 운전상태를 저장하여 모니터하고, 데이터베이스화하는 DB 서버와 DB 서버의 데이터베이스에 접속하여 인터넷상에서 사용자가 조회하고자 하는 데이터를 서비스하는 웹서버, 웹서버로부터 수신된 태양광발전 시스템 설비의 지역별 발전현황 조회, 각 사이트별 발전현황 조회, 사이트별 운영자 정보 통제, 태양광발전 시스템 계통도 조회, 태양광발전현황 상세정보 조회, 발전현황 그래프 조회, 사이트 설치정보 조회 기능 및 시스템 상태 감시 등을 조회하여 볼 수 있도록 하였으나, 실질적으로는 단순히 태양광 발전 시스템의 상태 정보만을 제시할 뿐, 태양광 발전설비 및 그 부속설비에서의 화재예방 및 화재 확대 예방을 위한 기술과 안전을 제공하지 못한다는 문제점이 있다.
1. 특허 등록특허 10-1470348(화재방지 장치를 구비한 태양광 발전 시스템)은, 접속반의 온도를 측정하기 위해 복수개의 온도 센서를 구비하는 온도 측정부와 상기 전압측정부, 전류측정부 및 온도측정부를 통해 각각 측정된 전압, 전류 및 온도 중, 적어도 어느 하나가 기준 값을 초과한 경우, 상기 태양 전지 어레이와 인버터사이의 폐회로에 관한 제어 신호를 생성하는 제어 장치 및 상기 제어 신호에 따라 상기 태양 전지 어레이와 인버터 사이의 폐회로를 차단하는 스위치 등 화재방지 장치를 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것이다. 2. 특허 등록특허 10-1679829(태양광발전시스템)은, 인버터 및 상기 태양광 접속반 중 적어도 어느 하나에는, 아크 신호를 검출하는 아크검출부; 누설 전류를 검출하는 누설전류검출부; 연기 발생을 검출하는 연기발생검출부; 상기 태양광 어레이 및 상기 인버터 사이의 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 트립제어부; 상기 아크검출부, 상기 누설전류검출부 및 상기 연기발생검출부로부터 검출된 신호에 따라 상기 트립제어부를 작동시키는 컨트롤러부가 포함하는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다. 3. 국내 공개특허 10-2016-0044410(태양광 발전시스템에서 접속유닛의 화재진압 방법)는, 불꽃감지센서로부터 감지신호를 수신하는 단계; 상기 감지신호의 세기에 따라 미리 설정된 화재진압을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 화재진압 단계는, 상기 제어모듈이 계속적인 감시를 수행하면서 불꽃 발생을 원격지 서버에 전송하는 서브 단계; 상기 제어모듈이 화재 발생 전 단계로 판정하여 상기 메인 차단기를 동작시켜 오프(OFF) 시키고, 이를 상기 원격지 서버에 통보하는 서브 단계; 및 상기 제어모듈이 화재가 발생한 것으로 판정하여 상기 연감지기로부터의 연기 감지신호를 수신 대기하는 서브 단계를 포함하는 접속유닛의 화재진압 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 스마트센서유닛을 이용하여 화재발생 징후를 미리 감지하여 예측함으로써 태양광발전시스템의 접속반 화재에 대하여 사전에 방지하고자 하는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 태양광발전시스템의 접속반에 화재가 발생된 상황에서, 별도의 마그네틱콘텍트스위치를 통해 주변 전력회로를 신속하고 용이하게 차단함으로써, 접속반 주변 장치에 화재가 확대되는 것을 방지하여 경제적, 산업적, 인명 등 피해확산을 방지할 수 있는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 화재방지를 위한 다수의 감지센서(불꽃 감지센서 등) 설치로 수많은 전기회로가 필요한바, 이들 각각의 센서를 하나의 시스템으로 형성하여 공통적으로 +선, -선, 드라이브선으로 간결하게 연결하여, 다수의 선에서 발생 가능한 화재나 오결선을 방지하고, 다수의 전기회로 선로가 드라이브선을 공통선으로 활용하므로 제조비용 절감에도 많은 기여를 할 수 있는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 온도감지센서를 역류방지 다이오드 및 접속반 내부에 2중으로 설치하여, 역류방지 다이오드 열화로 인한 화재나 접속반 내부의 장치나 접속반 내 온도 상승으로 인한 화재를 동시에 방지할 수 있는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 전력회로 차단 기능을 보조제어유닛에서 수행하던 것을, 보조제어유닛 이상 발생 시 해당 기능을 모니터링시스템의 중앙제어유닛에서 직접 수행할 수 있도록 기능을 부가하여 2중적으로 보호장치를 구비할 뿐 아니라, 역으로 모니터링시스템의 중앙제어유닛 이상 발생 시 보조제어유닛에서 중앙제어유닛 기능을 수행하여 전력회로 차단 기능을 수행할 수 있도록 2중적으로 보호장치를 구비하여 화재를 방지할 수 있는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 태양광발전시스템이 정상 가동 중 또는 접속반에 화재가 발생하더라도, 1차측에는 태양전지모듈에서 정상적인 전력이 생산/공급되어 높은 직류 전력이 연결되어 있고, 2차측에는 한전으로부터 높은 교류 전력이 연결되어 있으므로 일반적인 차단기나 릴레이로는 전기회로를 차단할 수 없으므로, 마그네틱콘텍트스위치를 이용하여 안전하게 단계적으로 전력회로를 차단하여 화재를 방지할 수 있는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템은, 태양광에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환하는 복수의 태양전지모듈, 태양전지모듈에서 생산된 직류를 교류로 변환하는 인버터, 태양전지모듈과 인버터 사이에서 직류 전력을 모아 인버터에 전송해주는 접속반, 태양광 발전시스템의 운전상태 감시, 데이터 관리 등을 하는 모니터링시스템의 구성과; 복수의 태양전지모듈 스트링이 병렬로 접속되는 접속점과 상기 복수의 태양전지모듈 스트링에서의 입력 전압을 차단하는 마그네틱 콘텍트 스위치; 상기 마그네틱 콘텍트 스위치에 동작전압을 제공하는 마그네틱스위치 드라이브; 상기 마그네틱 콘텍트 스위치의 전력 드라이브 회로와 스마트센서 유닛의 데이터 신호에 의한 드라이브 회로를 상호 연계하여 전력 차단을 제어하는 보조제어유닛; 상기 드라이브 회로의 동작을 위하여 최소한 전력을 공급하는 SMPS; 상기 접속반 내부에는 태양전지모듈 스트링이 병렬로 연결되는 단말 부위에 온도 감지센서, 불꽃 감지센서, 연기 감지센서, 자외선 감지센서, 적외선 감지센서 등이 구비된 스마트센서 유닛; 상기 스마트센서 유닛에서 화재발생 징후가 제어보조유닛에 감지되면 중앙제어 유닛에 통보되어 외부 및 내부 전력을 단계적으로 차단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 보조제어유닛은 스마트센서유닛과 연계되어 있고, 상기 보조제어유닛은 스마트센서 유닛의 각 센서에서 감지된 측정값에 대한 데이터가 입력되면, 데이터를 분석하여 모니터링 시스템의 중앙제어 유닛으로 통보하고, 상기 모니터링 시스템의 중앙제어 유닛에서는 전력회로에 대한 차단여부를 결정하여 보조제어유닛에 명령을 하면, 상기 보조제어유닛은 이에 따라 관련 스위치를 차단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 모니터링시스템의 중앙제어유닛은 접속반 내부의 콘트롤 유닛이 검출한 값을 수신하여, 일조시에는 현황판을 통해 디스플레이하는 모니터링이 가능하도록 하고, 일몰 후에는 태양전지모듈에 구성된 센서에서 감지된 신호를 통해 현황판 디스플레이에 공급되는 전원을 차단하도록 제어하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 보조제어유닛은 스마트센서 유닛을 통해 입력되는 외부 화재 관련 모든 데이터를 감시하고, 이들 데이터 정보를 모니터링시스템의 중앙제어유닛과 공유하며, 중앙제어유닛의 명령에 따라 정상적으로 발전소의 가동을 중지시키거나, 최종적으로 상용전원의 전력까지 공급을 중지 가능하도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 모니터링시스템의 중앙제어유닛은 복수의 태양전지모듈로부터 인입되는 대용량의 DC 전압 및 전류를 안전하게 차단하기 위하여, 1차로 인버터 출력단의 AC전원의 그리드 연결부를 차단하고(1단계), 2차로 인버터 입력단의 DC 고압 회로를 차단하며(2단계), 2단계 차단이후 선로의 충전 전류나 잔류 전압의 방전시간을 갖고자 적당한 지연시간을 유지하고(지연시간), 3차로 스트링 입력단의 마그네틱콘텍트스위치를 차단하고(3단계), 4차로 상용전원과 연계된 상전 차단 개폐기를 작동시켜 기존 상용전원으로부터 유입되는 전류를 차단하는(4단계) 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 스마트센서유닛을 이용하여 화재발생 징후를 미리 감지하여 예측함으로써 태양광발전시스템의 접속반에서 화재 예방을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 별도의 화재방지 시스템(KIOSK 외부 스위치함)에 내재된 마그네틱콘텍트스위치를 통해 주변 전력회로를 신속하고 용이하게 차단함으로써, 접속반내 주변 장치에 화재가 확대되는 것으로 방지하여 경제적, 산업적, 인명 등 피해확산을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 화재방지를 위한 다수의 감지센서(불꽃 감지센서 등) 설치로 수많은 전기회로가 필요한바, 이들 각각의 센서를 하나의 시스템으로 형성하여 공통적으로 +선, -선, 드라이브선으로 간결하게 연결하여, 다수의 선에서 발생 가능한 화재나 오결선을 방지할 수 있고, 다수의 전기회로 선로가 드라이브선을 공통선으로 활용하므로 제조비용 절감에도 많은 효과가 있다.
또한, 본 발명의 온도감지센서 경우, 역류방지 다이오드 및 접속반 내부에 2중으로 설치하여, 우선적으로 역류방지 다이오드 열화로 인한 화재방지로 화재가 확대되는 것을 예방하고, 동시에 접속함 내부에 별도의 온도감지센서를 설치하여 접속함 내부의 장치나 주변온도 상승으로 인한 화재를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 화재발생에 따라 전력회로 차단동작 수행은 보조제어유닛에서 최종적으로 수행하지만, 보조제어유닛에서 이상 발생시 중앙제어유닛에서 전력회로 차단동작을 직접 수행하도록 2중적으로 보호장치를 구비하여 화재를 방지할 수 있는 효과를 극대화 하였다.
또한, 본 발명은 태양광발전시스템이 정상 가동 중 또는 접속반에 화재로 발생하더라도, 1차측에는 태양전지모듈에서는 정상적인 전력이 생산/공급되어 높은 직류 전력이 연결되어 있고, 2차측에는 한전으로부터 높은 교류 전력이 연결되어 있으므로 일반적인 차단기나 릴레이로는 전기회로를 차단할 수 없으므로, 마그네틱콘텍트스위치를 이용하여 안전하게 단계적으로 전력회로를 차단함으로써, 화재를 방지할 수 있는 효과를 극대화 하였다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전에 대한 전체 시스템을 나타낸 개요도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템의 KIOSK 외부 스위치함의 구성도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템의 스마트센서 유닛의 구성도를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전에 대한 전체 시스템을 나타내는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 접속반 시스템은 태양전지모듈(100), 접속반(200), 스마트센서 유닛(210), 인버터(300), 모니터링시스템(400), KIOSK 외부 스위치함(500), 접속단자(510), 콘트롤 유닛(600) 등을 포함할 수 있다.
일반적으로 태양광발전시설에서 태양광전지모듈(100)은 태양광을 이용하여 전기를 발생시키기 위하여 태양의 빛에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양광 셀, 모듈, 어레이로 구분되어 사용되고 있다.
상기 접속반(200)은 태양전지모듈과 인버터 사이에서 직류전력을 모아 인버터에 전달해 주는 역할을 하며, 모듈간의 충돌을 방지하고 전력의 역전류를 방지해주는 역할을 하고 있다.
상기 인버터(300)는 태양전지모듈(100)에서 생산된 직류를 교류로 변환하여 전력계통시스템으로 전송하는 장치로 일반적으로 수배전반을 포함하며, 일출 및 일몰에 따른 자동운전 정지 기능, 최대전력 추종(MPPT) 제어 기능도 수행하는 것이 가능하다.
상기 모니터링시스템(400)은 태양광발전시설의 효율적인 운전감시 및 관리지원을 위하여 발전상태를 실시간 감시, 일별, 월별, 년간 데이터 기록 및 이상 발생 시 원인 분석 등을 하며, 옥내 형황판으로 디스플레이 하여 실시간으로 태양광발전시설의 전체적인 또는 국부적인 현황을 볼 수 있다.
상기 모니터링시스템(400)에는 태양전지모듈의 일사량, 셀의 표면온도, 외기온도, 날씨, 습도, 전류값, 전압값, 전력값의 다양한 정보 데이터를 콘트롤유닛(600)에서 전송받아 이를 저장 또는 감시할 수 있으며, 모니터링시스템(400)의 중앙제어유닛에서는 각 종 데이터에 대한 분석을 통해 태양광발전 설비 운영에 대한 전반적인 제어와 명령 기능을 수행할 수 있다.
상기 KIOSK 외부 스위치함(500)은 마그네틱콘텍트스위치(520), 마그네틱스위치 드라이브(530), 보조제어유닛(540), SMPS(550), 접속단자(510) 구성으로 이루어지며, 도 2에서 상세히 설명하고자 한다.
상기 콘트롤 유닛(600)은 태양전지모듈 스트링의 출력 전류값, 태양전지모듈의 출력 전압값, 일사량값, 태양전지모듈 표면 온도값, 외기 온도값 등을 검출 또는 감시할 수 있고, 관련 데이터는 모니터링시스템(400)에 실시간으로 전송되어 분석되어지며, 상기 콘트롤 유닛(600)은 모니터링시스템(400)의 중앙제어 유닛 명령에 따라 제어 기능을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템의 KIOSK 외부 스위치함의 구성도를 나타내는 것으로, 상기 KIOSK 외부 스위치함(500)은 마그네틱콘텍트스위치(520), 마그네틱스위치 드라이브(530), 보조제어유닛(540), SMPS(550), 접속단자(510) 등을 포함할 수 있다.
상기 KIOSK 외부 스위치함(500)은 접속반의 외부에 구비되며, 접속반에 화재가 발생하더라도 안전하게 이격거리를 두고 설치하도록 하고(상황에 따라서는 접속반의 측면 및 주변에 설치하는 것도 가능), 또한 KIOSK 외부 스위치함(500)은 태양전지모듈 출력단의 스트링과 접속반이 연결되는 중간 부분에 설치하여 스트링에 흐르는 전류와 전압을 차단하는 스위칭 역할을 하게 할 수 있다.
상기 마그네틱콘텍트스위치(520)는 전자석과 릴레이를 이용하여 스위칭 작용을 하는 것으로, 일반적으로 큰 전류가 흐르는 선로에서 보통 스위치 또는 릴레이로 ON OFF할 수가 없는 경우에 마그네틱콘텍트스위치(510)를 통해 용량이 작은 스위치에 12V 또는 220V를 연결하여 전기를 투입하면 마그넷의 대용량 접점이 동작하여 큰 전류가 흐르는 부하를 용이하게 ON/OFF 시키는 것이 가능하다.
전기신문 2016.4.4.자 내용에 의하면, 전기설비(803건)중 363건(45%에 해당됨)이 접속함을 포함한 분전반/배전반에서 일어나는 것으로 조사되었는바, 태양광발전설비의 접속함 역시 전기화재로부터 안전지대가 아니므로 화재예방에 대한 대책이 필요하다 할 것이다.
상기 마그네틱스위치 드라이브(530)는 마그네틱콘텍트스위치(510)가 동작할 수 있도록 직류전압을 공급하기 위한 장치이다.
상기 보조제어유닛(540)는 일종의 CPU(Control Processing Unit)장치로, 상기 스마트센서 유닛(210) 및 모니터링시스템의 중앙제어 유닛과 드라이브 회로를 통해 상호 연계되어 있어 각종 데이터를 상호간에 공유하고 마그네틱콘텍트스위치(510)의 차단 동작을 제어하는 제어장치이다.
상기 보조제어유닛(540)은 스마트센서유닛(210)과 연계되어 있고, 상기 보조제어유닛(540)은 스마트센서 유닛(210)의 각 센서에서 감지된 측정값에 대한 데이터가 입력되면, 데이터를 분석하여 모니터링 시스템(400)의 중앙제어 유닛으로 통보하게 되고, 모니터링 시스템의 중앙제어 유닛에서는 분석된 데이터와 주변 데이터를 감안하여 전기회로에 대한 차단여부를 결정하여 보조제어유닛(540)에 명령을 하면, 상기 보조제어유닛(540)은 모니터링 시스템의 중앙제어 유닛 명령에 따라 관련 스위치를 차단하는 동작을 수행하게 된다.
상기 보조제어유닛(540)은 스마트센서유닛(210)을 통해 입력되는 외부 화재와 관련된 모든 데이터를 감시하고, 입력된 데이터 정보를 모니터링시스템(400)의 중앙제어유닛과 공유하며, 중앙제어유닛의 명령에 따라 정상적으로 발전소의 가동을 중지시키거나, 최종적으로 상용전원의 전력까지 공급을 중지 가능하도록 하는 특징을 더 포함하는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템이 제공될 수 있다.
또는, 역으로 상기 모니터링시스템(400)의 중앙제어유닛에 화재가 발생하여 중앙제어유닛의 통제가 불가능 할 경우에는, 보조제어 유닛(540)에 중앙제어유닛에서 수행하는 기능을 추가하여 보조제어 유닛(540) 단독으로 발전소의 가동 중지 또는 상용전원의 전력까지 공급을 중지할 수 있는 특징을 더 포함하는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템이 제공 될 수 있다.
참고로, 일반적인 화재감지기 공칭작동온도는 80℃~120℃에서 동작하도록 되어 있고, 나무/종이 등의 발화온도는 300℃~500℃에서 발화하기 시작하며, PVC 등의 발화온도는 455℃에서 발화하기 시작하고, 부탄가스 등의 발화온도는 405℃에서 발화하지만, 밀페된 공간에서의 화재는 주변 물질이 동시에 발화되어 불꽃이 발생하므로 순식간에 1,000℃ 이상의 고온으로 상승하여 막대한 피해가 발생한다.
태양광발전설비에서 역류방지 다이오드는 다수의 스트링이 병렬로 연계되고 각 스트링별로 역류방지 다이오드 설치되어, 1개 역류방지 다이오드가 파손되면 그로 인해 정상적 스트링과의 커다란 전압차가 발생하여 나머지 역류방지 다이오드가 쉽게 열화되어 역전류가 흐르게 되어, 태양전지모듈 전체에 커다란 피해를 주게 되므로, 역류방지 다이오드의 온도 감지와 감시는 무엇보다 중요하다.
따라서 온도감지 센서는 역류방지 다이오드 및 접속반 내부에 2중으로 설치하여, 우선적으로 역류방지 다이오드 열화로 인한 화재방지로 화재가 확대되는 것을 예방하고, 동시에 접속함 내부에 별도의 온도감지센서를 설치하여 접속함 내부의 장치나 접속함 내부 주변온도 상승으로 인한 화재를 방지할 수 있다.
예를 들어, 일반적으로 다이오드의 동작 최고온도가 125℃임을 점을 감안하여 역류방지 다이오드가 감지 온도가 100℃~110℃로 1일 2회 이상 측정되거나, 또는 화재감지기 공칭작동온도는 80℃~120℃임을 감안하여 접속반 내부 단자 주위의 감지 온도가 80℃~100℃로 1일 2회 이상 측정될 경우에는 화재 발생 징후로 판단하여 전기회로 차단 예비준비를 할 수 있다.
화재 발생 징후로 판단할 수 데이터 정보에는, 콘트롤유닛(600)에서 측정되는 전류값, 전압값, 전력값의 변화하는 값을 분석하여, 스마트센서 유닛(210)에서 발생하는 감지센서 값과의 상관관계를 비교하여 화재발생 징후를 감지하여 예방하는 것도 있을 수 있다.
상기 상관관계란, 예를 들어, 스마트센서유닛(210)의 온도감지센서에서 해당 스트링 선로의 역류방지 다이오드의 온도가 100℃~110℃로 1일 2회 이상 측정되고, 접속반 내부 단자 주위의 감지 온도가 80℃~100℃로 1일 2회 이상 측정되는 가운데, 해당 스트링 선로의 전류값, 전압값, 전력값이 기준 평균치 보다 갑자기 증가하거나 낮아진다면, 3가지 변수요인이 동시에 변하고 있는 것이므로, 해당 스트링 선로의 역류방지 다이오드에 대한 신속한 확인 점검과 화재에 대한 사전 조치 일환으로 전력회로를 차단하는 것을 의미할 수 있다.
상기 보조제어유닛(540)은 온도 감지센서와 온도감지센서 이외의 기타 각각의 감지센서 한계치의 범위 중, 가장 낮은 범위에서 측정된 값이 1개 이상 중복하여 나타날 경우, 화재 발생 징후로 판단하여 모니터링시스템의 중앙제어유닛에 전기회로 차단 명령을 권유할 수 있다.
상기 SMPS(550)은 드라이브 회로의 동작을 위하여 최소한 전력을 공급하는 것으로, 상기 KIOSK 외부 스위치함(500)과 스마트센서 유닛(210) 사이에 드라이브 회로에 전압을 공급해 주기 위한 장치이다
상기 접속단자(510)는 상기 KIOSK 외부 스위치함(500) 내부에 위치하며, KIOSK 외부 스위치함(500)을 통해 입력되거나 출력되는 회로를 연결하는 단자를 의미한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템의 스마트센서 유닛의 구성도를 나타내는 것으로, 상기 스마트센서 유닛(210)은 온도 감지센서, 불꽃 감지센서, 연기 감지센서, 자외선 감지센서, 적외선 감지센서, 컴퍼레이터, AD 컨버터, 디코더, 버퍼, 레귤레이터를 구비하고 있으며, 각각의 감지센서는 공통적으로 +선, -선, 드라이브선으로 간결하게 연결되어 있으며, 보조제어 유닛(540) 및 모니터링시스템의 중어제어 유닛과 상호 연계되어 각종 데이터 정보를 공유하고 있다.
상기 스마트센서 유닛(210)의 온도 감지센서는 접속반 내부의 단자부위와, 역류방지 다이오드가 열화로 다수의 화재가 발생하고 있다는 점을 고려하여, 접속반 내부의 단자부위와 역류 방지다이오드 2곳에 설치하여 2 곳의 온도를 병행하여 감지하도록 한다.
상기 스마트센서 유닛(210)의 동작은 ① ~ ④의 아날로그 신호를 증폭하여 이중 하나의 신호가 컴퍼레이터를 경유하여 일정레벨이 출력되면, 출력된 신호레벨을 A/D컨버터를 통해 출력되어지고, 출력되어진 신호의 종류를 센서별로 일정 디지털 값을 갖게 코딩한 후, 이들 버퍼를 경유하여 KIOSK 외부 스위치함(500) 내부의 보조제어유닛(540)과 모니터링시스템의 중앙제어 유닛에 신호를 전송하게 되고, 필요한 경우 해당 제어 시스템을 통해 관련 전력회로를 차단하게 된다.
상기 모니터링시스템(400)에는 중앙제어유닛이 구비되어, 태양광발전시설의 효율적인 운전감시 및 관리지원을 위하여 발전상태를 실시간 감시, 일별, 월별, 년간 데이터 기록 및 이상 발생 시 원인 분석 등을 하여 관련 제어를 할 수 있다.
상기 모니터링시스템(400)의 중앙제어유닛은 스마트센서 유닛(210)에의 입력된 감지센서 값, 보조제어 유닛(540)에서의 분석값, 콘트롤유닛(600)에서의 데이터 값 등을 모두 저장/관리하고 있으며, 화재발생 징후가 감지되면, 보조제어 유닛(540)으로 하여금 관련 전력회로를 단계별로 차단하여 화재 확대를 사전에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 이미 접속반 등에 화재가 발생한 상태라 하더라도, 더 이상 태양전지모듈(100)이나 주변 시설로 화재가 더 확대되지 않토록 관련 전력회로를 신속하게 용이하게 단계별 순차적으로 차단하여 화재가 주변 시설로 확대하는 것을 방지할 수 있다.
상기 모니터링시스템(400)의 중앙제어유닛에서 전력회로를 순차적으로 차단하는 이유는, 태양광발전시스템이 정상적으로 가동중이거나 또는 접속반에 화재로 발생한 상황에서, 1차측에는 태양전지모듈에서 정상적인 전력이 생산/공급되어 높은 직류 전력이 연결되어 있고, 2차측에는 한전으로부터 높은 교류 전력이 연결되어 있으므로 일반적인 차단기나 릴레이로는 전기회로를 차단할 수 없으므로, 일반적인 차단기나 릴레이로는 전기회로를 차단할 수 없으므로, 마그네틱콘텍트스위치를 이용하여 안전하게 단계적으로 전력회로를 차단하고자 하는 것이다.
따라서, 순차적인 전력회로 차단 방법은, 복수의 태양전지모듈로부터 인입되는 대용량의 DC 전압 및 전류를 안전하게 차단하기 위하여, 1차로 인버터 출력단의 AC전원의 그리드 연결부를 차단하고(1단계), 2차로 인버터 입력단의 DC 고압 회로를 차단하며(2단계), 2단계 차단이후 선로의 충전 전류나 잔류 전압의 방전시간을 갖고자 적당한 지연시간을 유지하고(지연시간), 3차로 스트링 입력단의 마그네틱콘텍트스위치를 차단하고(3단계), 4차로 상전 차단 개폐기(사무실에 공급되는 상용전력을 차단하는 개폐기)를 작동시키어 기존 상전으로 전류 유입을 차단하여(4단계) 화재가 더 이상 다른 전기회로나 주변 시설로 화대하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 모니터링시스템(400)의 중앙제어유닛에서는 보조제어 유닛(540)에서 문제가 발생하여 마그네틱콘텍트스위치(520)에 대한 차단동작을 할 수 없는 경우에, 보조제어 유닛(540)에서 이루어지는 모든 제어 기능을 직접 모니터링시스템(400)의 중앙제어유닛에서 수행할 수 있도록 추가 기능을 부가하여 2중보호 제어기능을 수행할 수 있다.
상기 모니터링시스템(400)의 중앙제어유닛은 접속반(200) 내부의 콘트롤 유닛이 검출한 값을 수신하여, 일조시에는 현황판을 통해 디스플레이하는 모니터링이 가능하도록 하고, 일몰 후에는 태양전지모듈에 구성된 센서에서 감지된 신호를 통해 현황판 디스플레이에 공급되는 전원을 차단하도록 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
100:태양전지 모듈 200:접속반
300: 인버터 400: 모니터링시스템
500: KIOSK 외부 스위치함 600: 콘트롤 유닛
510: 접속단자 520: 마그네틱콘텍트스위치
530: 마그네틱스위치드라이브 540: 보조제어유닛
550: SMPS

Claims (5)

  1. 태양광에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환하는 복수의 태양전지모듈, 태양전지모듈에서 생산된 직류를 교류로 변환하는 인버터, 태양전지모듈과 인버터 사이에서 직류 전력을 모아 인버터에 전송해주는 접속반, 태양광 발전시스템의 운전상태 감시, 데이터 관리 등을 하는 모니터링시스템의 구성;과 복수의 태양전지모듈 스트링이 병렬로 접속되는 접속점과 상기 복수의 태양전지모듈 스트링에서의 입력 전압을 차단하는 마그네틱 콘텍트 스위치;와 상기 마그네틱 콘텍트 스위치에 동작전압을 제공하는 마그네틱스위치 드라이브;와, 마그네틱 콘텍트 스위치의 전력 드라이브 회로와 스마트센서 유닛의 데이터 신호에 의한 드라이브 회로를 상호 연계하여 전력 차단을 제어하는 보조제어유닛;과, 드라이브 회로의 동작을 위하여 최소한 전력을 공급하는 SMPS;와, 접속반 내부에는 태양전지모듈 스트링이 병렬로 연결되는 단말 부위에 온도 감지센서, 불꽃 감지센서, 연기 감지센서, 자외선 감지센서, 적외선 감지센서 등이 구비된 스마트센서 유닛;과,
    스마트센서 유닛에서 화재발생 징후가 제어보조유닛에 감지되면, 상기 모니터링시스템의 중앙제어유닛은 복수의 태양전지모듈로부터 인입되는 대용량의 DC 전압 및 전류를 안전하게 차단하기 위하여, 1차로 인버터 출력단의 AC전원의 그리드 연결부를 차단하고(1단계), 2차로 인버터 입력단의 DC 고압 회로를 차단하며(2단계), 2단계 차단이후 선로의 충전 전류나 잔류 전압의 방전시간을 갖고자 지연시간을 유지하고(지연시간), 3차로 스트링 입력단의 마그네틱콘텍트스위치를 차단하고(3단계), 4차로 상용전원과 연계된 상전 차단 개폐기를 작동시켜 기존 상용전원으로부터 유입되는 전류를 차단하는(4단계) 특징을 더 포함하는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조제어유닛은 스마트센서유닛과 연계되어 있고, 상기 보조제어유닛는 스마트센서 유닛의 각 센서에서 감지된 측정값에 대한 데이터가 입력되면, 데이터를 분석하여 모니터링 시스템의 중앙제어 유닛으로 통보하게, 상기 모니터링 시스템의 중앙제어 유닛에서는 전력회로에 대한 차단여부를 결정하여 명령을 하면, 상기 보조제어유닛은 이에 따라 관련 스위치를 차단하는 것을 특징으로 하는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 모니터링시스템의 중앙제어유닛은 접속반 내부의 콘트롤 유닛이 검출한 값을 수신하여, 일조시에는 현황판을 통해 디스플레이하는 모니터링이 가능하도록 하고, 일몰 후에는 태양전지모듈에 구성된 센서에서 감지된 신호를 통해 현황판 디스플레이에 공급되는 전원을 차단하도록 제어하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조제어유닛은 스마트센서 유닛을 통해 입력되는 외부 화재 관련 모든 데이터를 감시하고, 이들 데이터 정보를 모니터링시스템의 중앙제어유닛과 공유하며, 중앙제어유닛의 명령에 따라 정상적으로 발전소의 가동을 중지시키거나, 최종적으로 상용전원의 전력까지 공급을 중지 가능하도록 하는 특징을 더 포함하는 스마트 센서를 이용하여 화재 확대 예방이 가능한 태양광발전시스템.
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