KR102234370B1 - Smart solar connection board for photovoltaics system and monitoring method using the smae - Google Patents
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Abstract
실시예에 의한 태양광 전지 스트링별 전류 측정이 가능한 스마트 태양광 접속반 및 이를 이용한 모니터링 방법이 개시된다. 상기 스마트 태양광 접속반은 태양 전지 스트링별로 배치되고, 상기 태양 전지 스트링별로 아날로그 형태의 전압 신호를 출력하는 전류 센서; 상기 출력된 전압 신호를 디지털 형태의 전압값으로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter); 상기 변환된 전압값을 룩업 테이블을 이용하여 출력 전류값으로 환산하고, 상기 출력 전류값과 상기 태양 전지 스트링별로 측정된 출력 전압값을 기초로 출력 전력값을 산출하고, 상기 출력 전류값, 상기 출력 전압값, 상기 출력 전력값을 기초로 상기 태양 전지 스트링별로 상태를 판단하는 제어부; 및 상기 ADC와 상기 제어부 사이에 배치되어 상호 절연시키고, 상기 ADC로부터 변환된 전압값을 상기 제어부에 전달하는 절연부를 포함한다.A smart solar connection panel capable of measuring current for each solar cell string according to an embodiment and a monitoring method using the same are disclosed. The smart solar connection panel may include a current sensor disposed for each solar cell string and outputting an analog voltage signal for each solar cell string; An ADC (Analog to Digital Converter) converting the output voltage signal into a digital voltage value; The converted voltage value is converted into an output current value using a lookup table, an output power value is calculated based on the output current value and the output voltage value measured for each solar cell string, the output current value, and the output A control unit determining a state of each solar cell string based on a voltage value and the output power value; And an insulator disposed between the ADC and the controller to insulate each other, and to transmit a voltage value converted from the ADC to the controller.
Description
실시예는 태양광 접속반에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 전지 스트링별 전류 측정이 가능한 스마트 태양광 접속반 및 이를 이용한 모니터링 방법에 관한 것이다.The embodiment relates to a solar panel, and more particularly, to a smart solar panel capable of measuring current for each solar cell string, and a monitoring method using the same.
일반적으로 태양광 접속반은 태양광 전지 스트링을 모아 전기를 집중화시키는 장치를 말한다. 하나의 태양광 전지 스트링은 5kW급으로 구성되고 최대 전류가 15A 정도이고, 태양광 접속함은 이러한 태양광 전지 스트링을 최대 20개까지 수용하여 100kW급으로 설계된다.In general, a solar connection panel refers to a device that concentrates electricity by collecting a string of solar cells. One photovoltaic cell string is composed of 5kW class and the maximum current is about 15A, and the photovoltaic junction box is designed to be 100kW class by accommodating up to 20 such photovoltaic cell strings.
태양 전지의 이상 유무를 판단하기 위하여 각 태양 전지 스트링에서 전류를 측정할 수 있는 센서를 부착하여 전류를 상호 비교하고 그 비교한 결과로 태양 전지 스트링의 이상 여부를 판단하는 스마트 태양광 접속반이 국내에 시범적으로 설치되고 있으나 감시에 필요한 센서, 전자회로의 비용으로 저변이 확대되지 않고 있다.In order to determine the presence or absence of an abnormality in the solar cell, a smart solar panel that compares the current by attaching a sensor that can measure the current in each solar cell string, and determines whether the solar cell string is abnormal, is installed in Korea. It is being installed on a trial basis, but the base has not been expanded due to the cost of sensors and electronic circuits required for monitoring.
이때 태양 전지에서 생산되는 전류는 직류 전류(Direct Current, DC)이기 때문에, 태양광 접속반에는 직류 전류를 측정할 수 있는 전류 센서가 부착되는데, 이러한 전류 센서로는 예컨대, 홀 효과 전류 센서가 사용되고 있다.At this time, since the current produced by the solar cell is a direct current (DC), a current sensor capable of measuring a direct current is attached to the solar panel. As such a current sensor, for example, a Hall effect current sensor is used. have.
즉, 종래 기술에 따른 태양광 접속반은 태양 전지 스트링별로 전류를 측정하기 위한 홀 효과 전류 센서와 홀 효과 전류 센서로부터 측정된 전류값을 기초로 태양 전지 스트링의 이상 유무를 판단하기 위한 제어부를 포함하도록 구성된다.That is, the solar panel according to the prior art includes a Hall effect current sensor for measuring current for each solar cell string and a control unit for determining the presence or absence of an abnormality in the solar cell string based on the current value measured from the Hall effect current sensor. Is configured to
그러나 홀 효과 전류 센서를 사용하는 경우 션트 저항 대비 가격이 고가이고, 센서에 별도의 제어 전원을 공급해야 동작하는 문제점이 있다. 또한 상대적으로 션트 저항에 비해서 전류 계측 오차가 커서 태양광 접속반에서 홀 효과 전류 센서로 태양 전지 스트링 전류를 측정하여 태양 전지 스트링의 이상유무를 판별하는데 어려움이 있다.However, in the case of using the Hall effect current sensor, the price is expensive compared to the shunt resistor, and there is a problem in that the sensor is operated only when a separate control power is supplied. In addition, since the current measurement error is relatively large compared to the shunt resistance, it is difficult to determine the presence or absence of an abnormality in the solar cell string by measuring the solar cell string current with the Hall effect current sensor in the solar panel.
실시예는, 태양광 전지 스트링별 전류 측정이 가능한 스마트 태양광 접속반 및 이를 이용한 모니터링 방법을 제공할 수 있다.The embodiment may provide a smart solar connection panel capable of measuring current for each solar cell string and a monitoring method using the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 태양광 접속반은 태양 전지 스트링별로 배치되고, 상기 태양 전지 스트링별로 아날로그 형태의 전압 신호를 출력하는 전류 센서; 상기 출력된 전압 신호를 디지털 형태의 전압값으로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter); 상기 변환된 전압값을 미리 작성된 룩업 테이블을 이용하여 출력 전류값으로 환산하고, 상기 출력 전류값과 상기 태양 전지 스트링별로 측정된 출력 전압값을 기초로 출력 전력값을 산출하고, 상기 출력 전류값, 상기 출력 전압값, 상기 출력 전력값을 기초로 상기 태양 전지 스트링별로 상태를 판단하는 제어부; 및 상기 ADC와 상기 제어부 사이에 배치되어 상호 절연시키고, 상기 ADC로부터 변환된 전압값을 상기 제어부에 전달하는 갈바닉 절연부를 포함할 수 있다.A smart solar connection panel according to an embodiment of the present invention includes: a current sensor disposed for each solar cell string and outputting an analog voltage signal for each solar cell string; An ADC (Analog to Digital Converter) converting the output voltage signal into a digital voltage value; The converted voltage value is converted into an output current value using a pre-written lookup table, an output power value is calculated based on the output current value and an output voltage value measured for each solar cell string, and the output current value, A control unit determining a state of each solar cell string based on the output voltage value and the output power value; And a galvanic insulator disposed between the ADC and the controller to insulate each other and transmit a voltage value converted from the ADC to the controller.
상기 전류 센서는 션트 저항 전류 센서이고, 상기 션트 저항 전류 센서의 션트 저항에 인가된 전압 신호를 출력할 수 있다.The current sensor is a shunt resistance current sensor, and may output a voltage signal applied to a shunt resistance of the shunt resistance current sensor.
상기 제어부는 상기 ADC로부터 변환된 전압값을 상기 출력 전류값으로 환산하는 전류 측정회로; 상기 태양 전지 스트링별로 출력 전압값을 측정하는 전압 측정회로; 및 상기 출력 전류값과 상기 출력 전압값을 기초로 상기 태양 전지 스트링별 출력 전력값을 산출하고, 상기 출력 전류값, 상기 출력 전압값, 상기 출력 전력값을 기초로 상기 태양 전지 스트링별로 상태를 판단하는 프로세서를 포함할 수 있다.The control unit includes a current measuring circuit for converting the voltage value converted from the ADC into the output current value; A voltage measuring circuit for measuring an output voltage value for each solar cell string; And calculating an output power value for each solar cell string based on the output current value and the output voltage value, and determining a state for each solar cell string based on the output current value, the output voltage value, and the output power value. It may include a processor that performs.
상기 프로세서는 상기 출력 전류값에서 미리 정해진 DC 옵셋 전류값을 빼준 후 크기를 보상하고, 상기 출력 전압값에서 미리 정해진 DC 옵셋 전압값을 빼준 후 크기를 보상하고, 상기 보상된 출력 전류값과 상기 보상된 출력 전압값을 기초로 상기 출력 전력값을 산출할 수 있다.The processor compensates the magnitude after subtracting the predetermined DC offset current value from the output current value, compensates the magnitude after subtracting the predetermined DC offset voltage value from the output voltage value, and compensates the magnitude of the compensated output current value and the compensation The output power value may be calculated based on the output voltage value.
상기 프로세서는 상기 출력 전류값, 상기 출력 전압값, 상기 출력 전력값을 기초로 상기 태양 전지 스트링별 상태를 판단하고, 상기 판단한 결과로 이상 상태가 발생된 태양 전지 스트링이 존재하는 경우, 상기 이상 상태가 발생하였음을 알려주기 위한 이벤트 신호를 생성할 수 있다.The processor determines the state of each solar cell string based on the output current value, the output voltage value, and the output power value, and if there is a solar cell string in which an abnormal state has occurred as a result of the determination, the abnormal state It is possible to generate an event signal to inform that the has occurred.
상기 룩업 테이블은 소정의 전압값과 상기 전압값에 상응하는 전류값이 설정된 테이블일 수 있다.The lookup table may be a table in which a predetermined voltage value and a current value corresponding to the voltage value are set.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 태양광 접속반을 이용한 모니터링 방법은 태양 전지 스트링별로 배치된 전류 센서로부터 출력된 전압값과 상기 태양 전지 스트링별로 측정된 출력 전압값을 입력받는 단계; 상기 전압값을 미리 작성된 룩업 테이블을 이용하여 출력 전류값으로 환산하는 단계; 및 상기 환산된 출력 전류값과 상기 출력 전압값을 기초로 출력 전력값을 산출하고, 상기 출력 전류값, 상기 출력 전압값, 상기 출력 전력값을 기초로 상기 태양 전지 스트링별로 상태를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.A monitoring method using a smart solar panel according to another embodiment of the present invention includes the steps of receiving a voltage value output from a current sensor arranged for each solar cell string and an output voltage value measured for each solar cell string; Converting the voltage value into an output current value using a pre-written lookup table; And calculating an output power value based on the converted output current value and the output voltage value, and determining a state for each solar cell string based on the output current value, the output voltage value, and the output power value. Can include.
상기 전류 센서는 션트 저항 전류 센서이고, 상기 입력받는 단계에서는 상기 션트 저항 전류 센서의 션트 저항에 인가되는 전압값을 입력받을 수 있다.The current sensor is a shunt resistance current sensor, and in the receiving step, a voltage value applied to the shunt resistance of the shunt resistance current sensor may be input.
상기 판단하는 단계에서는 상기 출력 전류값에서 미리 정해진 DC 옵셋 전류값을 빼준 후 크기를 보상하고, 상기 출력 전압값에서 미리 정해진 DC 옵셋 전압값을 빼준 후 크기를 보상하고, 상기 보상된 출력 전류값과 상기 보상된 출력 전압값을 기초로 상기 출력 전력값을 산출할 수 있다.In the determining step, a magnitude is compensated after subtracting a predetermined DC offset current value from the output current value, and a magnitude is compensated after subtracting a predetermined DC offset voltage value from the output voltage value, and the compensated output current value and The output power value may be calculated based on the compensated output voltage value.
상기 판단하는 단계에서는 상기 출력 전류값, 상기 출력 전압값, 상기 출력 전력값을 기초로 상기 태양 전지 스트링별 상태를 판단하고, 상기 판단한 결과로 이상 상태가 발생된 태양 전지 스트링이 존재하는 경우, 상기 이상 상태가 발생하였음을 알려주기 위한 이벤트 신호를 생성할 수 있다.In the determining step, the state of each solar cell string is determined based on the output current value, the output voltage value, and the output power value, and when there is a solar cell string in which an abnormal state occurs as a result of the determination, the An event signal to inform that an abnormal state has occurred may be generated.
상기 태양 전지 스트링별 상태는 정상 상태와, 과전류 상태, 과전압 상태, 저전압 상태의 이상 상태를 포함할 수 있다.The states of each solar cell string may include a normal state, an overcurrent state, an overvoltage state, and an abnormal state of a low voltage state.
실시예에 따르면, 션트 저항 전류 센서를 이용하여 태양 전지 스트링별 전류를 저비용으로 감시할 수 있다.According to an embodiment, current for each solar cell string can be monitored at low cost by using a shunt resistance current sensor.
또한, 저가의 션트 저항 전류 센서를 사용하더라도 감전의 위험을 제거할 수 있다.In addition, the risk of electric shock can be eliminated even when a low-cost shunt resistance current sensor is used.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 태양광 접속반을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 제어부의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트링 전력 산출 과정을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a smart solar panel according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a detailed configuration of the control unit shown in FIG. 2.
4 is a diagram illustrating a process of calculating string power according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical idea of the present invention is not limited to some embodiments to be described, but may be implemented in various different forms, and within the scope of the technical idea of the present invention, one or more of the constituent elements may be selectively selected between the embodiments. It can be combined with and substituted for use.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention are generally understood by those of ordinary skill in the art, unless explicitly defined and described. It can be interpreted as a meaning, and terms generally used, such as terms defined in a dictionary, may be interpreted in consideration of the meaning in the context of the related technology.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.In addition, terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In the present specification, the singular form may also include the plural form unless specifically stated in the phrase, and when described as “at least one (or more than one) of A and (and) B and C”, it is combined with A, B, and C. It may contain one or more of all possible combinations.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.In addition, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the constituent elements of the embodiment of the present invention.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.These terms are only for distinguishing the constituent element from other constituent elements, and are not limited to the nature, order, or order of the constituent element by the term.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.And, when a component is described as being'connected','coupled' or'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled, or connected to the other component, but also with the component. It may also include the case of being'connected','coupled' or'connected' due to another element between the other elements.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In addition, when it is described as being formed or disposed on the “top (top) or bottom (bottom)” of each component, the top (top) or bottom (bottom) is one as well as when the two components are in direct contact with each other. It also includes the case where the above other component is formed or disposed between the two components. In addition, when expressed as "upper (upper) or lower (lower)", it may include not only an upward direction but also a downward direction based on one component.
실시예에서는, 태양 전지 스트링별로 션트 저항 전류 센서와 갈바닉 절연부를 구비하고, 션트 저항 전류 센서로부터 측정된 전류값을 갈바닉 절연부에 의해 분리된 제어부에 제공하여, 제어부에서 제공된 전류값과 측정된 전압값을 기초로 각 태양 전지의 이상 여부를 판단하도록 한, 새로운 스마트 태양광 접속반을 제안한다.In the embodiment, a shunt resistance current sensor and a galvanic insulation part are provided for each solar cell string, and a current value measured from the shunt resistance current sensor is provided to a control unit separated by a galvanic insulation unit, and the current value and the measured voltage provided by the control unit are provided. We propose a new smart solar panel that determines the abnormality of each solar cell based on the value.
스마트 태양광 접속반은 향후 태양광 발전으로 국가 전력의 20%가까이 대응할 경우 효율화, 유지보수(O&M)를 위하여 반드시 확대되어야 하는 중요한 장치이다.The smart solar panel is an important device that must be expanded for efficiency and maintenance (O&M) when responding to close to 20% of national power through solar power generation in the future.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 시스템을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템은 태양 전지 스트링(100), 스마트 태양광 접속반(200), 인버터(300), 수집 장치(400), 통합 관리 서버(500)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, a solar power generation system according to an embodiment of the present invention includes a
태양 전지 스트링(100)은 다수의 태양전지 모듈이 직렬로 연결되어 직류 전류(Direct Current, DC)를 출력할 수 있다. 태양 전지 스트링(100)은 다수 개(100a, 100b, ??, 100n)가 구비될 수 있다.The
스마트 태양광 접속반(200)은 다수의 태양 전지 스트링(100)에 연결되고 다수의 태양 전지 스트링(100)으로부터 직류 전류를 공급받고, 공급받은 직류 전류를 인버터(300)에 출력할 수 있다.The smart
스마트 태양광 접속반(200)은 20개 정도의 태양 전지 스티링이 연결되어 100kW의 전력을 수용하고, 각 태양 전지 스트링은 5kW급으로 최대 전류가 15A 정도일 수 있다.The smart
스마트 태양광 접속반(200)은 태양 전지 스트링별로 출력 전류값과 출력 전압값을 측정하여 출력 전력값을 산출하고, 출력 전류값, 출력 전압값, 출력 전력값을 기초로 태양 전지 스트링의 효율 건전성 즉, 전류 및 전압의 상태 예컨대, 정상 상태이거나 과전류, 과전압, 저전압 등의 이상 상태를 판단하고 그 판단한 결과로 이상 상태임을 알려주기 위한 이벤트 신호를 생성할 수 있다.The smart
스마트 태양광 접속반(200)은 측정된 출력 전류값과 출력 전압값을 기초로 출력 전력값을 산출할 수 있다.The smart
인버터(300)는 스마트 태양광 접속반(200)으로부터 직류 전류를 공급받아 공급받은 직류 전류를 교류 전류(Alternating Current, AC)로 변환시켜 부하에 공급할 수 있다.The
이때, 태양광 발전시스템에 사용되는 인버터는 PCS(Power Conditioning System)라는 용어로 사용된다. 또한 인버터는 태양전지의 온도나 일사량 변화로 인한 출력 전력에 대해 항상 태양전지에서 발생하는 출력을 최대로 이끌어내며, 상용계통의 배전선으로 영향을 미치지 않도록 고조파 전류를 최소화한 전류를 출력한다.At this time, the inverter used in the solar power generation system is used as the term PCS (Power Conditioning System). In addition, the inverter always maximizes the output generated from the solar cell with respect to the output power caused by changes in the temperature or insolation of the solar cell, and outputs a current with minimal harmonic current so as not to affect the distribution line of the commercial system.
수집 장치(400)는 다수의 스마트 태양광 접속반(200)과 연동하고, 다수의 스마트 태양광 접속반(200)로부터 출력 전류값, 출력 전압값, 출력 전력값, 이벤트 정보를 수집할 수 있다. 예컨대, 수집 장치(400)는 다수의 스마트 태양광 접속반(200)과 각각 유선 및 W-MBus 무선 통신 규격으로 통신을 수행하여 정보를 수집하고 수집된 정보를 통합 관리 서버(500)에 저장할 수 있다.The
통합 관리 서버(500)는 수집 장치(400)와 연동하고, 수집 장치(400)로부터 다수의 스마트 태양광 접속반(200) 각각의 출력 전류값, 출력 전압값, 출력 전력값, 이벤트 신호를 수신함으로써, 태양 전지 스트링별 상태를 실시간으로 감시할 수 있다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 태양광 접속반을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a smart solar panel according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 태양광 접속반(200)은 전류 센서(210), ADC(Analog to Digital Converter)(220), 갈바닉 절연부(230), 제어부(240), 통신부(250)를 포함하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, a smart
전류 센서(210)는 태양 전지 스트링별로 구비되어, 태양 전지 스트링별로 전압값을 검출하여 출력할 수 있다. 전류 센서(210)는 션트(shunt) 저항 전류 센서로, 션트 저항 전류 센서의 션트 저항에 인가된 전압에 상응하는 전압값을 출력할 수 있다.The
이때, 전류 센서로는 예컨대, 홀 효과 전류 센서, 션트 저항 전류 센서가 있다. 홀 효과 전류 센서는 고가이고 측정을 위해 동작 전원을 바이어스 또는 공급해 주어야 하고, 큰 전류가 흐른 후 잔상 효과로 DC 옵셋값이 발생하는데 해당 DC 옵셋값은 오차값으로 인식되어 정밀한 계측기에 부적합하다. 또한 DC 옵셋값은 홀 효과 전류 센서를 De-Gaussing해서 초기화할 수 있는데 연속적인 측정을 해야 하는 측정기에서는 De-Gaussing을 할 수 없다는 문제점이 있다. 션트 저항 전류 센서는 이러한 홀 효과 전류 센서가 갖고 있는 문제점이 없는 반면, 저항에 전류가 흐를 때 발생하는 열로 높은 전류에 적용하기 곤란하여 통상 100A 미만 전류에 대해서 적용이 가능하고, 센서 양단의 전압을 전자 회로에 연결해야 하기 때문에 활선 전압이 전자 회로에 나타나서 감전의 위험이 있다. 또한 션트 저항 전류 센서는 다채널 전자 회로에 공통으로 적용할 수 없는데, 각 션트 저항 전류 센서마다 활선 전압이 인가되고 션트 저항 전류 센서를 전자 회로 기판에 연결할 경우 역 접속으로 단락 사고가 유발되기 때문에 특수한 조치없이 다수의 스트링 회로에는 적용할 수 없다는 문제점이 있다.At this time, the current sensor includes, for example, a Hall effect current sensor and a shunt resistance current sensor. Hall effect current sensors are expensive and require bias or supply of operating power for measurement, and after a large current flows, a DC offset value occurs due to an afterimage effect, and the DC offset value is recognized as an error value, making it unsuitable for precision measuring instruments. In addition, the DC offset value can be initialized by De-Gaussing the Hall-effect current sensor, but there is a problem that De-Gaussing cannot be performed in a measuring instrument that requires continuous measurement. Shunt resistance current sensor does not have the problem of such Hall effect current sensor, but it is difficult to apply to high current due to heat generated when current flows through the resistance, so it can be applied to a current less than 100A in general, and the voltage across the sensor is controlled. Since it must be connected to an electronic circuit, there is a risk of electric shock as live voltage appears on the electronic circuit. In addition, the shunt resistance current sensor cannot be applied in common to multi-channel electronic circuits. Since a live line voltage is applied to each shunt resistance current sensor and a short circuit accident is caused by reverse connection when connecting the shunt resistance current sensor to the electronic circuit board, it is special. There is a problem that it cannot be applied to a large number of string circuits without measures.
즉, 홀 효과 전류 센서는 고가이고 잔상 전류 효과(DC 옵셋의 변동)가 있어 측정 정밀도에 차이가 있고 션트 저항 전류 센서는 전기 안전과 전기 단락 사고의 위험성이 있다. 따라서 본 발명에서는 저가의 션트 저항 전류 센서를 사용하면서 상기 전기 안전과 관련하여 갈바릭 절연부를 구비하여 상기 문제를 해결하고자 한다.In other words, Hall-effect current sensors are expensive and have a residual current effect (variation in DC offset), so there is a difference in measurement accuracy, and shunt resistance current sensors have electrical safety and risk of electrical short-circuit accidents. Accordingly, in the present invention, while using a low-cost shunt resistance current sensor, it is intended to solve the above problem by providing a galvanic insulation part in relation to the electrical safety.
ADC(220)는 태양 전지 스트링별 전류 센서(110)에 연결되고, 각 션트 저항 전류 센서(210)로부터 아날로그 형태의 전압 신호를 입력받아 디지털 형태의 전압값으로 변환할 수 있다.The
갈바닉 절연부(230)는 ADC(220)와 제어부(240) 사이에 구비되어 절연시킬 수 있다. 이때, 갈바닉 절연부(230)는 ADC(220)를 제어부(240)의 전자 회로와 절연시키기 위한 소자일 수 있는데, 예컨대, 포토 커플러, 디지털 아이솔레이터 등일 수 있다.The
제어부(240)는 갈바닉 절연부(230)를 통해 ADC(220)로부터 전압값을 제공 받아 출력 전류값으로 환산하고, 태양 전지 스트링별로 출력 전압값을 측정한 후 앞서 환산한 출력 전류값과 측정한 출력 전압값을 기초로 태양 전지 스트링별로 출력 전력값을 산출할 수 있다.The
제어부(240)는 출력 전류값, 출력 전압값, 출력 전력값을 기초로 태양 전지 스트링의 상태를 판단하고 그 판단한 결과로 이상 상태가 발생하였음을 알려주기 위한 이벤트 신호를 생성할 수 있다.The
통신부(250)는 수집 장치와 연동하여 각종 정보를 송신 또는 수신할 수 있다. 예컨대, 통신부(250)는 출력 전류값, 출력 전압값, 출력 전력값과 함께 이벤트 신호를 송신할 수 있다.The
도 3은 도 2에 도시된 제어부의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing a detailed configuration of the control unit shown in FIG. 2.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(240)는 전류 측정회로(241), 전압측정회로(242), 프로세서(processor)(243), 메모리(memory)(244)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
전류 측정회로(241)는 ADC(220)로부터 디지털 형태로 변환된 전압값를 제공받아 제공받은 전압값을 출력 전류값으로 환산함으로써 태양 전지 스트링별 출력 전류값을 획득할 수 있다. 이때, 전류 측정회로(241)는 션트 저항 전류 센서(210)의 션트 저항의 저항값(R)과 션트 저항에 인가된 전압값(V)을 알 수 있기 때문에 V=IR에 의해 전압값을 출력 전류값으로 환산이 가능할 수 있다. 이러한 환산을 위해 소정의 전압과 그 전압에 상응하는 전류값이 매칭되어 있는 룩업 테이블(lookup table)이 미리 작성될 수 있다. 따라서 전류 측정회로(241)는 미리 작성된 룩업 테이블을 이용하여 제공받은 전압값을 출력 전류값으로 환산할 수 있다.The
전압측정회로(242)는 태양 전지 스트링마다 연결되어, 태양 전지 스트링별 출력 전압값을 획득할 수 있다.The
프로세서(243)는 획득된 태양 전지 스트링별 출력 전류값에 대한 DC 옵셋을 제거할 수 있다. 예컨대, 프로세서(243)는 획득된 태양 전지 스트링별 출력 전류값에서 미리 정의된 DC 옵셋 전류값을 빼줌으로써 DC 옵셋이 제거된 태양 전지 스트링별 출력 전류값을 산출할 수 있다.The
프로세서(243)는 획득된 태양 전지 스트링별 출력 전압값에 대한 DC 옵셋을 제거할 수 있다. 예컨대, 프로세서(243)는 획득된 태양 전지 스트링별 출력 전압값에서 미리 정의된 DC 옵셋 전압값을 빼줌으로써 DC 옵셋이 제거된 태양 전지 스트링별 출력 전압값을 산출할 수 있다.The
여기서, DC 옵셋 즉, DC 옵셋 전류값과 DC 옵셋 전압값은 계측기의 전기 신호 (전압, 전류)를 인가하지 않았지만 센서나 ADC의 특성으로 인해 발생하는 DC 옵셋값을 의미하는데 계측기 제작 단계에서 무전류, 무전압에서 측정하여 계측기 내부에 기록된 값을 의미한다.Here, the DC offset, that is, the DC offset current value and the DC offset voltage value, mean the DC offset value that occurs due to the characteristics of the sensor or ADC, although the electrical signal (voltage, current) of the instrument is not applied. , It means the value recorded inside the measuring instrument by measuring at no voltage.
프로세서(243)는 DC 옵셋이 제거된 출력 전류값과 출력 전압값의 크기를 보상하고, 크기가 보상된 출력 전류값과 출력 전압값을 기초로 태양 전지 스트링별 출력 전력값을 산출할 수 있다.The
프로세서(243)는 태양 전지 스트링별로 획득된 출력 전류값, 출력 전압값, 출력 전력값을 기반으로 태양 전지 스트링별 효율 건전성 즉, 전류 및 전압의 상태 예컨대, 정상 상태이거나 과전류, 과전압, 저전압 등의 이상 상태를 판단할 수 있다.The
프로세서(243)는 상기 판단한 결과로 태양 전지 스트링별 과전류, 과전압, 저전압 등의 이상 상태가 판단되면, 이상 상태를 알려주기 위한 이벤트 신호를 생성할 수 있다.When an abnormal state such as an overcurrent, an overvoltage, or a low voltage for each solar cell string is determined as a result of the determination, the
메모리(244)는 태양 전지 스트링의 상태를 판단하는데 필요한 정보 즉, 출력 전류값, 출력 전압값, 출력 전력값뿐만 아니라 출력 전류값을 환산하기 위한 룩업 테이블을 저장할 수 있다.The
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 모니터링 방법을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a condition monitoring method according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 태양광 접속반은 태양 전지 스트링별로 배치된 전류 센서를 통해 전압값을 측정하여 측정된 전압값을 출력 전류값으로 환산할 수 있다(S510).Referring to FIG. 4, the smart solar panel according to an embodiment of the present invention may measure a voltage value through a current sensor arranged for each solar cell string and convert the measured voltage value into an output current value (S510). ).
또한 스마트 태양광 접속반은 태양 전지 스트링별로 출력 전압값을 측정할 수 있다(S520).In addition, the smart solar connection panel may measure an output voltage value for each solar cell string (S520).
다음으로, 스마트 태양광 접속반은 출력 전류값으로부터 미리 정해진 DC 옵셋 전류값을 뺀 후 크기를 보상하고(S530, S532), 출력 전압값으로부터 미리 정해진 DC 옵셋 전압값을 빼 후 크기를 보상할 수 있다(S540, S542).Next, the smart solar panel can compensate the size after subtracting the preset DC offset current value from the output current value (S530, S532), and compensate the size after subtracting the preset DC offset voltage value from the output voltage value. Yes (S540, S542).
다음으로, 스마트 태양광 접속반은 보상된 출력 전류값과 출력 전압값을 기초로 태양 전지 스트링별로 출력 전력값을 산출할 수 있다(S550).Next, the smart solar panel may calculate an output power value for each solar cell string based on the compensated output current value and output voltage value (S550).
다음으로, 스마트 태양광 접속반은 출력 전류값, 출력 전압값, 출력 전력값을 기초로 태양 전지 스트링별 효율 건전성 즉, 전류 및 전압의 상태 예컨대, 정상 상태이거나 과전류, 과전압, 저전압 등의 이상 상태를 판단할 수 있다(S560).Next, the smart solar panel is based on the output current value, output voltage value, and output power value, based on the efficiency soundness of each solar cell string, that is, the state of current and voltage, for example, normal or abnormal conditions such as overcurrent, overvoltage, undervoltage, etc. Can be determined (S560).
다음으로, 스마트 태양광 접속반은 이상 상태가 발생된 태양 전지 스트링이 존재하면(S570), 이상 상태가 발생하였음을 알려주기 위한 이벤트 신호를 생성할 수 있다(S580).Next, when there is a solar cell string in which an abnormal condition has occurred (S570), the smart solar connection panel may generate an event signal for notifying that an abnormal condition has occurred (S580).
다음으로, 스마트 태양광 접속반은 출력 전류값, 출력 전압값, 출력 전력값과 함께 이벤트 신호를 수집 장치로 송신함으로써, 태양 전지 스트링별 모니터링이 가능할 수 있다(S590).Next, the smart solar connection panel transmits an event signal along with an output current value, an output voltage value, and an output power value to the collection device, thereby enabling monitoring for each solar cell string (S590).
반면, 스마트 태양광 접속반은 이상 상태가 발생된 태양전지 스트링이 존재하지 않으면 이벤트 신호를 생성하지 않고 출력 전류값, 출력 전압값, 출력 전력값을 송신한다.On the other hand, the smart solar panel does not generate an event signal and transmits an output current value, an output voltage value, and an output power value if the abnormal solar cell string does not exist.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.The term'~ unit' used in this embodiment refers to software or hardware components such as field-programmable gate array (FPGA) or ASIC, and'~ unit' performs certain roles. However,'~ part' is not limited to software or hardware. The'~ unit' may be configured to be in an addressable storage medium, or may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example,'~ unit' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. Components and functions provided in the'~ units' may be combined into a smaller number of elements and'~ units', or may be further separated into additional elements and'~ units'. In addition, components and'~ units' may be implemented to play one or more CPUs in a device or a security multimedia card.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can do it.
100: 태양 전지 스트링
200: 스마트 태양광 접속반
210: 전류 센서
220: ADC
230: 갈바닉 절연부
240: 제어부
250: 통신부
300: 인버터
400: 수집 장치
500: 통합 관리 서버100: solar cell string
200: smart solar connection panel
210: current sensor
220: ADC
230: galvanic insulation
240: control unit
250: Ministry of Communications
300: inverter
400: collection device
500: Integrated management server
Claims (12)
상기 출력된 전압 신호를 디지털 형태의 전압값으로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter);
상기 변환된 전압값을 미리 작성된 룩업 테이블을 이용하여 출력 전류값으로 환산하고, 상기 출력 전류값과 상기 태양 전지 스트링별로 측정된 출력 전압값을 기초로 출력 전력값을 산출하고, 상기 출력 전류값, 상기 출력 전압값, 상기 출력 전력값을 기초로 상기 태양 전지 스트링별로 상태를 판단하는 제어부; 및
상기 션트 저항 전류 센서의 양단이 상기 제어부의 전자 회로에 연결되어 상기 전자 회로에 나타나는 활선 전압에 의한 감전의 위험과 역 접속으로 단락 사고가 유발되는 위험을 제거하도록 상기 ADC와 상기 제어부 사이에 배치되어 상호 절연시키고, 상기 ADC로부터 변환된 전압값을 상기 제어부에 전달하는 갈바닉 절연부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 ADC로부터 변환된 전압값을 상기 출력 전류값으로 환산하는 전류 측정회로;
상기 태양 전지 스트링마다 연결되어 상기 태양 전지 스트링별로 출력 전압값을 측정하는 전압 측정회로; 및
상기 출력 전류값에서 미리 정해진 DC 옵셋 전류값을 빼준 후 크기를 보상하고, 상기 출력 전압값에서 미리 정해진 DC 옵셋 전압값을 빼준 후 크기를 보상하고, 상기 보상된 출력 전류값과 상기 보상된 출력 전압값을 기초로 상기 태양 전지 스트링별 출력 전력값을 산출하고, 상기 출력 전류값, 상기 출력 전압값, 상기 출력 전력값을 기초로 상기 태양 전지 스트링별로 상태를 판단하고, 상기 판단한 결과로 이상 상태가 발생된 태양 전지 스트링이 존재하는 경우 이상 상태가 발생하였음을 알려주기 위한 이벤트 신호를 생성하는 프로세서를 포함하는, 스마트 태양광 접속반.A current sensor that is a shunt resistance current sensor arranged for each solar cell string, and outputs an analog voltage signal applied to the shunt resistance of the shunt resistance current sensor arranged for each solar cell string;
An ADC (Analog to Digital Converter) converting the output voltage signal into a digital voltage value;
The converted voltage value is converted into an output current value using a pre-written lookup table, an output power value is calculated based on the output current value and an output voltage value measured for each solar cell string, and the output current value, A control unit determining a state of each solar cell string based on the output voltage value and the output power value; And
Both ends of the shunt resistance current sensor are connected to the electronic circuit of the control unit, and are disposed between the ADC and the control unit to eliminate the risk of electric shock due to live voltage appearing in the electronic circuit and the risk of causing a short circuit accident due to reverse connection It is mutually insulated and includes a galvanic isolation unit for transferring the voltage value converted from the ADC to the control unit,
The control unit,
A current measuring circuit for converting the voltage value converted from the ADC into the output current value;
A voltage measuring circuit connected for each solar cell string to measure an output voltage value for each solar cell string; And
Compensates the magnitude after subtracting a predetermined DC offset current value from the output current value, compensates the magnitude after subtracting a predetermined DC offset voltage value from the output voltage value, and compensates for the compensated output current value and the compensated output voltage An output power value for each solar cell string is calculated based on a value, a state is determined for each solar cell string based on the output current value, the output voltage value, and the output power value, and an abnormal state is determined as a result of the determination. Smart solar connection panel comprising a processor that generates an event signal for notifying that an abnormal condition has occurred when the generated solar cell string is present.
상기 룩업 테이블은,
소정의 전압값과 상기 전압값에 상응하는 전류값이 설정된 테이블인, 스마트 태양광 접속반.The method of claim 1,
The lookup table,
A smart solar panel that is a table in which a predetermined voltage value and a current value corresponding to the voltage value are set.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |