KR101987047B1 - 접속저항의 변화 감지기능을 구비한 태양광 발전 시스템 - Google Patents

접속저항의 변화 감지기능을 구비한 태양광 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

접속저항의 변화 감지기능을 구비한 태양광 발전 시스템이 개시된다.
태양광 모듈에 의해 생성된 전기에너지를 전송하는 인입부;
상기 인입부에 연결되어 상기 전기에너지를 인버터로 전송하는 인출부;
상기 인입부와 상기 인출부를 볼트체결을 통해 연결하는 터미널부;및
상기 터미널부 양단의 전압차를 측정하는 전압측정부를 포함한다.
전압측정부에서 측정된 전압이 기설정된 안전 범위내인지 파악함으로써 터미널부의 유지보수를 수행할 수 있다.

Description

접속저항의 변화 감지기능을 구비한 태양광 발전 시스템{ Photovoltaic power generation system with Change detector of connection resistance}
본 발명은 접속저항의 변화 감지기능을 구비한 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 인입 전선과 터미널부 간의 접속저항의 변화를 감지하는 기능이 포함된 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
근래에, 자연적인 에너지원을 이용하는 신재생 에너지 발전이 많이 등장하고 있다. 이러한 신재생 에너지 발전 시스템에는 여러 종류가 있지만, 주로 태양광 발전 시스템이 많이 활용되고 있는 실정이다.
태양광 발전시 모듈에서 발생하는 전력은 직류전력으로서, 태양광 발전 시스템에는 이를 교류전력으로 바꾸어주는 인버터가 필수적으로 요구된다.
하지만, 태양광 모듈과 연결된 인입 전선은 인버터와 직접 연결되는 것이 아니라, 태양광 접속반을 거치게 된다. 이때 인입 전선은 터미널을 통해 인출선과 연결되는데, 터미널 단자는 연결부가 볼트체결 되는 구성이 일반적이다. 이때 시간에 경과함에 따라 볼트 체결이 느슨해지게 되고, 이는 접속저항의 상승을 유발한다. 접속부의 전압상승은 발열로 인한 화재위험을 가중시키는 요소가 되고 이를 조기에 파악함으로써 화재 위험을 예측하고, 방지할 필요가 있다.
국내 공개특허공보 제10-0084825호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 접속저항의 변화를 감지함으로써 화재 발생을 방지하기 위한 태양광 발전 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한 본 발명의 특징은 다음과 같다.
태양광 모듈에 의해 생성된 전기에너지를 전송하는 인입부;
상기 인입부에 연결되어 상기 전기에너지를 인버터로 전송하는 인출부;
상기 인입부와 상기 인출부를 볼트체결을 통해 연결하는 터미널부;및
상기 터미널부 양단의 전압차를 측정하는 전압측정부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 인입부는, 상기 태양광 모듈과 전기적으로 연결되는 인입선; 및 상기 인입선이 고정되는 제1영역과 상기 터미널부에 체결되는 제2영역이 형성된 압착단자를 포함하며, 상기 인출부는, 상기 인버터와 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 제2영역에 접하고 상기 터미널부에 체결되는 제3영역과, 상기 인출선에 전기적으로 연결되는 제4영역이 형성된 단자대금구;를 포함하며, 상기 터미널부는, 상기 압착단자와 상기 단자대금구를 수직으로 가압하는 볼트; 및 상기 볼트가 체결되도록 내주면에 나사산을 구비한 홈이 형성된 단자대하우징을 포함한다.
또한, 상기 제2영역 및 상기 제3영역은, 평판형 도체로 구성되되, 상기 볼트의 외주면의 일부에 대응되는 만곡부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 볼트는, 스프링 와셔를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 전압측정부는, PCB기판을 더 포함하되, 상기 제4영역이 상기 PCB기판에 연결되고, 상기 인출선은 상기 PCB기판을 통해 상기 제4영역과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PCB기판은, 일측에 상기 PCB기판을 관통하여 상기 압착단자에 접속되는 와이어 핀을 더 포함한다.
또한, 상기 전압측정부는, 상기 와이어 핀과 상기 제4영역 양단의 전압을 측정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 전압측정부와 연결되는 차단부를 더 포함하고,
상기 차단부는, 상기 전압측정부에서 측정된 전압이 기설정된 값을 초과하는 경우, 상기 인버터로 흐르는 전류를 차단하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 양태에 의할 때, 접속저항의 변화 감지 및 대응방법은, 태양광 모듈에 의해 생성된 전기에너지를 전송하는 인입부와 상기 전기에너지를 인버터로 전송하는 인출부를 연결하는 터미널의 양단 전압을 측정하는 단계;
측정된 전압이 기설정된 값을 초과하는지 여부를 감지하는 단계;
상기 측정된 전압이 기설정된 값을 초과하는 경우, 상기 인버터로 흐르는 전류를 차단하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 측정된 전압이 기설정된 값을 초과하는 경우, 작업자에게 해당 정보를 전송하는 단계를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 터미널부 양단에 구비된 전압측정부에 따르면 터미널부의 체결상태를 확인함으로써 화재 위험을 예측하는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 포함된 접속저항의 변화 감지 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 터미널부의 연결구조를 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 포함된 접속저항의 변화 감지 장치의 상세도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대한 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도면에 따라서 논리적으로 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 포함된 접속저항의 변화 감지 장치의 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 터미널부(300)의 연결구조를 나타낸 측면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템에 포함된 접속저항의 변화 감지 장치의 상세도이다.
도 1 내지 도 3을 참조할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템은, 인입부(100), 인출부(200), 터미널부(300) 및 전압측정부(400)를 포함한다.
인입부(100)는, 태양광 모듈과 전기적으로 연결되어, 태양광으로부터 생성된 전기에너지를 전송한다.
일반적으로 태양광 모듈에서 생성된 직류전력은 인버터로 직접 전송되는 것이 아니라, 전력효율을 고려하여 태양광 접속반을 거쳐 인버터로 전달된다. 따라서 복수개의 태양광 모듈로부터 생성된 전기 에너지는 일시적으로 태양광 접속반 내부에 모이게 된다.
이 때, 인입부(100)는 복수개의 태양광 모듈과 대응되는 개수만큼 존재하고, 인입부(100)의 일단은 태양광 모듈에 연결되고 타단은 태양광 접속반에 연결될 수 있다.
인입부(100)는 인입선(110)과 압착단자(130)를 포함할 수 있다.
인입선(110)은 전도체를 포함하는 공지의 전력선이 이용될 수 있다. 압착단자(130)는 인입선(110)의 일단에 연결되어 인입부(100)를 고정하기에 특히 적합한 형상을 갖는다. 압착단자(130)의 형상은 연결부의 구조 및 형태에 따라 얼마든지 변경 적용 가능할 것이나, 후술하는 바와 같이 인입부(100)와 인출부(200)가 볼트체결되는 태양광 접속반의 특성을 고려할 때, 볼트(310)의 헤드부로부터 가해지는 압력을 온전히 받을 수 있고, 인출부(200)와 접촉하는 면적을 최대화 하기 위해 평판형 도체로 구성되는 것이 보다 바람직하다.
압착단자(130)에서 인입선(110)과 연결되는 일단에는 적어도 하나 이상의 홈이 형성되어, 인입선(110)이 삽입 고정되게 할 수 있다.
인출부(200)는, 인입부(100)와 연결되어 태양광 모듈로부터 생성된 전기에너지를 전달받아 이를 인버터측으로 전송하는 기능을 한다. 인출부(200)는 인입부(100)와 마찬가지로 복수개의 태양광 모듈에 대응되는 수만큼 구비될 수도 있으나, 인입부(100)로부터 인버터 측으로 전기전달기능을 온전히 수행할 수 있다면, 개수의 제한은 없다.
인출부(200)는, 인출선과 단자대금구(230)를 포함할 수 있다.
인출선은 인입부(100)와의 연결부로부터 일정한 거리만큼 떨어져 위치한 인덕터에 전기적으로 연결되기 위해 충분한 길이를 갖는 전도체를 포함한다.
단자대금구(230)는 인출선의 일단에 연결되어, 인입부(100)의 압착단자(130)와 전기적으로 접촉하여, 태양광 모듈로부터 생성된 전기에너지를 인출선으로 전달하는 기능을 한다. 단자대금구(230)와 인출선은 인입부(100)와 마찬가지로 단자대금구(230)의 일측에 형성된 홈에 인출선이 삽입되는 방식으로 고정될 수도 있고, PCB기판(430) 등을 통해 다른 도체와 경유하여 연결될 수도 있다. 이 외에도, 단자대금구(230)로부터 전기에너지를 전달받을 수 있는 공지의 모든 연결 수단이 사용될 수 있다.
단자대금구(230)는, 일측이 인출선과 전기적으로 연결되고, 타측은 압착단자(130)와 상호 접촉한다. 가능한 넓은 면적으로 접하는 것이 접속저항을 줄일 수 있다는 점을 고려할 때, 압착단자(130)의 접속부와 대응되는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 압착단자(130)가 평판형 도체인 경우, 단자대금구(230)의 일측도 평판형 도체로 구성될 수 있다. 인입부(100)와 인출부(200)의 연결구조가 볼트체결에 의하는 점을 고려할 때, 이는 특히 적합할 것이다.
터미널부(300)는, 인입부(100)와 인출부(200)를 연결하는 구성이다.
터미널부(300)에 의한 인입부(100)와 인출부(200)의 연결은 볼트체결에 의한다. 따라서 터미널부(300)는 볼트(310)가 필수적으로 포함된다. 또한 볼트(310)가 체결되는 방향의 하부에는 단자대 하우징(330)을 더 포함한다.
단자대 하우징(330)은 볼트(310)의 체결방향을 따라 홈이 형성되고, 홈의 내주면에는 볼트(310)의 외주면에 형성된 나사산에 대응되는 암나사산 형태의 돌기부가 형성된다.
인입부(100)의 압착단자(130)와 인출부(200)의 단자대금구(230)는, 단자대 하우징(330)과 볼트(310)의 헤드부 사이에서 면접하며 결착된다.
압착단자(130)는 인입선(110)이 연결 또는 고정되는 제1영역(130a), 터미널부(300)에 체결되는 제2영역(130b)으로 구분할 수 있다.
단자대금구(230)는 제2영역(130b)에 면접하고 터미널부(300)에 체결되는 제3영역(230b)과, 인출선에 전기적으로 연결되는 제4영역(230a)으로 구분할 수 있다.
이때 제2영역(130b)과 제3영역(230b)은, 불트에 용이하게 체결될 수 있도록 볼트(310)의 외주면의 일부와 대응되는 만곡부를 가질 수 있다. 또는 볼트(310)에 의해 관통될 수 있도록 볼트(310)의 직경에 대응되는 홀이 형성될 수 있다.
볼트(310)가 회동에 의해 전진함에 따라 볼트(310)의 상부 헤드는 상호 면접한 제2영역(130b) 및 제3영역(230b)을 동시에 가압한다.
볼트 체결의 내구성을 증진시키고, 볼트 헤드부에 의해 압착단자(130) 또는 단자대금구(230)에 가해지는 손상을 최소화 하기 위해, 볼트 헤드부의 하부에는 스프링 와셔(350)를 더 포함할 수 있다.
전압측정부(400)는, 인입부(100)와 인출부(200)가 연결되는 터미널부(300)를 기준으로 그 양단의 전압을 측정한다. 즉 압착단자(130)의 제1영역(130a)과, 단자대금구(230)의 제4영역(230a)의 전압의 차이를 측정한다. 전압측정을 위해 공지의 전압계로서 op-amp등이 사용될 수 있다.
공간활용의 효율성을 고려하여, PCB기판(430)을 설치하고, PCB기판(430) 상의 두 지점에 각각 제1영역(130a)과 제4영역(230a)을 전기적으로 연결시켜, 두 지점 간의 전압차를 op-amp 등을 통해 측정할 수 있다.
그 연결구조와 관련하여, 기판을 관통하는 핀(410)을 압착단자(130)의 일측에 접속시키고, 단자대금구(230)의 일단을 PCB기판(430)에 직접 매설하는 방법을 고려할 수 있다. 불필요한 전류의 손실을 방지하고 공간활용의 효율성을 고려하여 PCB기판(430)은 단자대 하우징(330)의 하부에 구비될 수 있다.
PCB기판(430)을 관통하는 핀(410)은 일단이 압착단자(130)의 일측, 즉 제1영역(130a)에 전기적으로 연결되고 타단은 PCB기판(430)상에 납땜하는 방식으로 고정될 수 있다.
단자대 금구의 일단, 즉 제4영역(230a)은 PCB기판(430) 상에 납땜하는 방식으로 고정되어, 인출선이 PCB기판(430)을 경유하여 제4영역(230a)이 매설된 지점에 전기적으로 연결될 수 있을 것이다.
전압측정을 op-amp로 수행할 때, op-amp 입력단자의 양단은 각각 핀(410)과 제4영역(230a)이 납땜으로 고정된 기판상의 각 지점에 전기적으로 연결될 수 있다.
이 때 op-amp의 두 입력단자 간의 저항은 터미널부(300)에서 발생하는 접속저항과 비교할 때, 매우 크기 때문에 터미널부(300)에서 발생하는 전압강하를 상대적으로 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태로서, 접속저항의 변화 감지 및 대응방법이 개시된다.
태양광 발전 시스템에서는, 복수개의 태양광 모듈로부터 발생된 전기에너지를 인버터측에 효율적으로 전달하기 위해, 태양광 접속반이 필수적으로 요구된다.
이 때, 태양광 접속반은 내부에 발열요소가 많고 수 많은 인입선(110)들에 의해 전류가 집중되는 공간인 바, 필연적으로 화재위험이 높다.
일반적으로 태양광 접속반 내부에는 과전류 발생시 차단기능을 수행하는 퓨즈가 내장되어 있으나, 퓨즈가 작동하지 않는 정상전류 구간에서도 발열이 발생할 위험은 여전히 존재한다.
가령, 인입부(100)와 인출부(200)가 접촉되는 부분은, 접속저항이 발생한다. 보통 접속저항은 상대적으로 발열위험이 크지 않고, 일정하여 예측가능한 정도의 발열에 그치나, 볼트체결에 의한 터미널부(300)의 연결 특성상, 시간에 따라 볼트 결합이 느슨해 지는 경우가 발생하고, 이는 접속저항의 상승을 야기한다.
상승된 접속저항은 터미널부(300) 양단의 전압강하를 일으키고, 과전류상태가 아니더라도, 전압강하에 의한 전력손실 및 과열상태를 발생시킨다. 따라서 터미널부(300) 양단에 전압측정부(400)를 별도로 구비함으로써, 정기적으로 볼트(310)의 체결상태를 확인하고, 화재위험이 예상될 정도로 볼트체결이 느슨해진 경우 정기적인 유지보수를 수행할 수 있다.
먼저 안전범위의 전압강하 값을 미리 설정하고, 측정된 터미널부(300) 양단의 전압차가 이를 초과하는 경우, 인버터로 흐르는 전류를 자동으로 차단하도록 설정할 수 있다. 이후 작업자는 볼트체결을 견고히 하는 등 유지보수 작업을 수행할 것이다.
또한, 터미널부(300) 양단의 전압차가 기설정된 값을 초과하는 경우, 작업자 또는 관리자에게 해당 정보를 전송하는 수단을 더 포함할 수 있다.
이 때 작업자의 통신 단말기 등에 관한 정보를 미리 입력할 필요가 있다.
이하는 본 발명의 기술적 특징을 포함하는 구성들을 개시한 것이다.
태양광 모듈에 의해 생성된 전기에너지를 전송하는 인입부;
상기 인입부에 연결되어 상기 전기에너지를 인버터로 전송하는 인출부;
상기 인입부와 상기 인출부를 볼트체결을 통해 연결하는 터미널부;및
상기 터미널부 양단의 전압차를 측정하는 전압측정부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 인입부는, 상기 태양광 모듈과 전기적으로 연결되는 인입선; 및 상기 인입선이 고정되는 제1영역과 상기 터미널부에 체결되는 제2영역이 형성된 압착단자를 포함하며, 상기 인출부는, 상기 인버터와 전기적으로 연결된 인출선; 및 상기 제2영역에 접하고 상기 터미널부에 체결되는 제3영역과, 상기 인출선에 전기적으로 연결되는 제4영역이 형성된 단자대금구;를 포함하며, 상기 터미널부는, 상기 압착단자와 상기 단자대금구를 수직으로 가압하는 볼트; 및 상기 볼트가 체결되도록 내주면에 나사산을 구비한 홈이 형성된 단자대하우징을 포함한다.
또한, 상기 제2영역 및 상기 제3영역은, 평판형 도체로 구성되되, 상기 볼트의 외주면의 일부에 대응되는 만곡부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 볼트는, 스프링 와셔를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 전압측정부는, PCB기판을 더 포함하되, 상기 제4영역이 상기 PCB기판에 연결되고, 상기 인출선은 상기 PCB기판을 통해 상기 제4영역과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PCB기판은, 일측에 상기 PCB기판을 관통하여 상기 압착단자에 접속되는 와이어 핀을 더 포함한다.
또한, 상기 전압측정부는, 상기 와이어 핀과 상기 제4영역 양단의 전압을 측정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 전압측정부와 연결되는 차단부를 더 포함하고,
상기 차단부는, 상기 전압측정부에서 측정된 전압이 기설정된 값을 초과하는 경우, 상기 인버터로 흐르는 전류를 차단하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 양태에 의할 때, 접속저항의 변화 감지 및 대응방법은, 태양광 모듈에 의해 생성된 전기에너지를 전송하는 인입부와 상기 전기에너지를 인버터로 전송하는 인출부를 연결하는 터미널의 양단 전압을 측정하는 단계;
측정된 전압이 기설정된 값을 초과하는지 여부를 감지하는 단계;
상기 측정된 전압이 기설정된 값을 초과하는 경우, 상기 인버터로 흐르는 전류를 차단하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 측정된 전압이 기설정된 값을 초과하는 경우, 작업자에게 해당 정보를 전송하는 단계를 포함한다.
한편 본 발명은 상술한 내용에서 본 발명의 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
100 인입부
110 인입선
130 압착단자
130a 제1영역
130b 제2영역
200 인출부
230 단자대금구
230a 제4영역
230b 제3영역
300 터미널부
310 볼트
330 단자대 하우징
350 스프링와셔
400 전압측정부
410 핀
430 PCB기판

Claims (10)

  1. 태양광 모듈에 의해 생성된 전기에너지를 전송하는 인입부;
    상기 인입부에 연결되어 상기 전기에너지를 인버터로 전송하는 인출부;
    상기 인입부와 상기 인출부를 볼트체결을 통해 연결하는 터미널부;및
    상기 터미널부 양단의 전압차를 측정하는 전압측정부를 포함하며,
    상기 인입부는,
    상기 태양광 모듈과 전기적으로 연결되는 인입선;및
    상기 인입선이 고정되는 제1영역과 상기 터미널부에 체결되는 제2영역이 형
    성된 압착단자를 포함하며,
    상기 인출부는,
    상기 인버터와 전기적으로 연결된 인출선;및
    상기 제2영역에 접하고 상기 터미널부에 체결되는 제3영역과, 상기 인출선에
    전기적으로 연결되는 제4영역이 형성된 단자대금구;를 포함하며,
    상기 터미널부는,
    상기 압착단자와 상기 단자대금구를 수직으로 가압하는 볼트; 및
    상기 볼트가 체결되도록 내주면에 나사산을 구비한 홈이 형성된 단자대하우
    징을 포함하며,
    상기 전압측정부는,
    상기 압착단자와 상기 단자대금구에 연결되어, 상기 볼트의 양단에 걸리는 전압을 측정함으로써, 볼트 체결이 느슨해진 정도를 감지하는 것을 특징으로 하는 접속저항의 변화 감지기능을 구비한 태양광발전시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2영역 및 상기 제3영역은,
    평판형 도체로 구성되되, 상기 볼트의 외주면의 일부에 대응되는 만곡부를 포함하는 접속저항의 변화 감지기능을 구비한 태양광발전시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전압측정부는,
    PCB기판을 더 포함하되, 상기 제4영역이 상기 PCB기판에 연결되고,
    상기 인출선은 상기 PCB기판을 통해 상기 제4영역과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 접속저항의 변화 감지기능을 구비한 태양광발전시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 PCB기판은,
    일측에 상기 PCB기판을 관통하여 상기 압착단자에 접속되는 와이어 핀을 더 포함하는 접속저항의 변화 감지기능을 구비한 태양광발전시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전압측정부는,
    상기 와이어 핀과 상기 제4영역 양단의 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 접속저항의 변화 감지기능을 구비한 태양광발전시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전압측정부와 연결되는 차단부를 더 포함하고,
    상기 차단부는,
    상기 전압측정부에서 측정된 전압이 기설정된 값을 초과하는 경우, 상기 인버터로 흐르는 전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 접속저항의 변화 감지기능을 구비한 태양광발전시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
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