KR20080011979A

KR20080011979A - 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단방법 및 그 시스템

Info

Publication number: KR20080011979A
Application number: KR1020060072816A
Authority: KR
Inventors: 임재윤
Original assignee: 대덕대학산학협력단
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-11

Abstract

본 발명은 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 태양으로부터 입사되는 광 에너지를 전기에너지로 변환하여 각 부하에 공급하도록 구성된 통상의 태양광발전 시스템에 있어서, 광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 다수개의 태양전지모듈과 상기 다수개의 태양전지모듈의 출력측과 연결되어 전기에너지를 정밀측정하는 센싱수단과 상기 센싱수단에 의해 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기를 구비하여 상기 디지털신호를 수집하는 DAQ모듈과 상기 DAQ모듈의 디지털 신호를 무선신호로 변환하여 후술하는 무선수신모듈로 무선 송출하는 무선송신모듈과 상기 무선신호를 수신하여 디지털신호로 변환하는 무선수신모듈 및 기후조건, 태양전지모듈의 합리적 교체시기 조건, 태양전지모듈의 이상여부 진단조건으로 최적화된 데이터가 미리 저장되어 있어, 상기 디지털 신호와 비교연산하는 중앙처리장치와 상기 비교연산된 데이터 값이 상기 조건들에 만족하면 데이터 베이스화하여 저장하고, 상기 조건에 불만족하면 디스플레이함으로써 진단결과를 알리는 컴퓨터를 포함하는 것이 특징이다.

태양, 발전시설, 모듈, 태양전지, DAQ, 인버터, 온라인, 진단, 감시

Description

대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 방법 및 그 시스템{On-Line Monitoring System and method for Solar Cell Module}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 시스템의 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 방법의 흐름을 나타낸 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 축전지,

200: 전원콘트롤러,

300: 인버터,

10: 태양전지모듈,

20: 센싱수단,

30: DAQ모듈,

30a: A/D변환기,

41: 무선송신모듈,

42: 무선수신모듈,

70: 컴퓨터,

70a: 중앙처리장치.

본 발명은 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 대규모 태양광 발전시스템이 구축된 현장에서 사용되는 다수개의 태양전지모듈들이 생산하는 전기에너지의 양을 원거리에서도 온라인으로 감시, 진단할 수 있도록 하여 태양광 발전시스템의 유지관리 및 보수관리를 용이하게 하고, 상기 감시내역을 데이터베이스화하여 관련분야의 기술발전에 이바지하도록 고안된 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

요 근래에는 기후변화협약(교토의정서)에 따라 온실가스 감축 의무부담으로 친환경 대체 에너지 확보가 시급한 실정이어서, 정부는 국내에서 소비하는 에너지 중 대체 에너지 공급비율을 2006년에는 3%, 2010년도에는 5%로 목표 설정하여 각종 기술 개발 및 보급 사업을 추진 중에 있다.

이러한 대체 에너지 중에는 태양광 에너지의 광전효과를 이용하여 전기에너지로 변환하는 무한의 친환경 청정에너지인 태양광 발전시스템이 있다. 태양광 발전시스템은 다양한 어레이의 구성으로 발전규모 선택이 용이하고, 설치를 위한 공간 제약이 적으며, 부하 밀집 지역에 설치가 가능함으로써 송배전에 따른 전력 손실 또한 대단히 적은 분산형 전원 시스템인 것이 특징이다.

그리고, 태양광 발전시스템은 국내의 유수대학과 연구소를 중심으로 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 그에 따른 결과로 태양전지 모듈, 축전기, 전력변환장치 등 핵심요소 기술은 확보된 상태에 있다.

그러나, 태양광 발전 시스템 기술은 많이 양산되고 있음에도 이와 같은 시스템의 이용기술은 매우 미흡하다. 특히, 태양광 발전 시스템의 보급 확대에 따른 유지, 보수기술의 확보는 매우 시급하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 대규모 태양광 발전시스템이 구축된 현장에서 사용되는 다수개의 태양전지모듈들이 생산하는 전기에너지의 양을 원거리에서도 온라인으로 감시, 진단할 수 있도록 하여 태양광 발전시스템의 유지관리 및 보수관리를 용이하게 하고, 상기 감시내역을 데이터베이스화하여 관련분야의 기술발전에 이바지하도록 고안된 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 태양으로부터 입사되는 광 에너지를 전기에너지로 변환하여 각 부하에 공급하도록 구성된 통상의 태양광발전 시스템에 있어서,

광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 다수개의 태양전지모듈;

상기 다수개의 태양전지모듈의 출력측과 연결되어 전기에너지를 정밀측정하는 센싱수단과 상기 센싱수단에 의해 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기를 구비하여 상기 디지털신호를 수집하는 DAQ모듈;

상기 DAQ모듈의 디지털 신호를 무선신호로 변환하여 후술하는 무선수신모듈로 무선 송출하는 무선송신모듈;

상기 무선신호를 수신하여 디지털신호로 변환하는 무선수신모듈; 및

기후조건, 태양전지모듈의 합리적 교체시기 조건, 태양전지모듈의 이상여부 진단조건으로 최적화된 데이터가 미리 저장되어 있어, 상기 디지털 신호와 비교연산하는 중앙처리장치와 상기 비교연산된 데이터 값이 상기 조건들에 만족하면 데이터 베이스화하여 저장하고, 상기 조건에 불만족하면 디스플레이함으로써 진단결과를 알리는 컴퓨터를 포함함을 특징으로 하는 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 시스템에 의해 달성된다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 또 다른 카테고리로서, 태양전지모듈로서 광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 에너지 변환 단계;

상기 에너지 변환단계로서 변환된 전기에너지를 정밀측정하고 상기 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 수집하는 신호수집단계;

상기 수집된 디지털 신호를 무선신호로 변환하여 외부로 송출하는 무선송출단계;

상기 무선송출단계로서 송출된 무선신호를 수신하여 디지털신호로 변환하는 무선신호수신단계 및 신호변환 단계;

기후조건, 태양전지모듈의 합리적 교체시기 조건, 태양전지모듈의 이상여부 진단조건으로 최적화된 데이터를 토대로 상기 디지털 신호와 비교연산하고, 상기 비교연산된 데이터 값이 상기 조건들에 만족하면 데이터 베이스화하여 저장하며, 상기 조건에 불만족하면 디스플레이함으로써 진단결과를 알리는 진단결과 알림단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 방법에 의해서도 달성될 수 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 시스템의 개략적인 구성도로서, 본 발명의 구성은 크게 태양으로부터 입사되는 광 에너지를 전기에너지로 변환하여 각 부하에 공급하도록 구성된 통상의 태양광 발전시스템에 있어서, 일조량에 따라 직류전류를 출력하는 태양전지모듈(10)과 상기 출력된 전류를 정밀 측정하는 센싱수단(20)과 측정된 전류를 디지털신호로 변환한 다음 수집하는 A/D변환기(30a)를 갖는 DAQ모듈(30)과 상기 수집자료를 무선신호로 변환하여 외부로 무선송출하는 무선송신모듈(41)과 이를 수신하여 다시 디지털신호로 변환하는 무선수신모듈(42) 및 상기 디지털신호를 기후조건, 태양전지모듈의 합리적 교체시기 조건, 태양전지모듈의 이상여부 진단조건에 최적화된 알고리즘이 저장된 중앙처리장치(70a)를 통해 연산처리한 다음 데이터베이스화하여 저장하는 컴퓨터(70)를 포함하여 이루어진다.

태양광 발전시스템은 태양으로부터 입사되는 광에너지를 전기에너지로 생산하는 태양전지모듈(10)과 상기 생산된 전기에너지의 생산 정도에 따라 전원콘트롤러(200)는 인버터(300) 또는 축전지(100)에 전기에너지를 인가하며, 상기 인버터(300)로 인가된 전기에너지(직류전류)는 인버터(300) 내부에 구비된 전류변환기에 의해 교류전류로 변환되어 출력측에 연결된 냉장고(A), TV(B), VTR(C), 컴퓨터(D), 형광등(E)에 전류를 공급한다.

센싱수단(20)은 태양전지모듈(10)의 출력측에 접속되어 태양전지모듈(10)이 생산하는 전기에너지의 양을 측정한다. 이러한 센싱수단(20)은 전류센서일 수 있으며 태양전지모듈(10)의 발전량이 클 때 발생되는 과전류로부터 이후에 연결된 구성들을 보호할 목적으로 퓨즈가 구비된 과전류보호회로를 포함한다.

A/D변환기(30a)는 상기 센싱수단(20)에 의해 측정된 아날로그 신호값을 디지털신호로 변환한다.

DAQ모듈(30)은 상기 센싱수단(20)과 A/D변환기(30a)를 포함하며 센싱수단(20)에 의해 측정되고 A/D변환기(30a)에 의해 신호변환된 디지털신호를 수집한다. 이러한 DAQ모듈(30)은 Data Acquisition의 약자로서, 빛, 온도, 압력, 소리, 전류와 같은 물리적 현상을 측정하여 자료를 수집할 수 있다.

무선송신모듈(41)은 상기 디지털신호를 무선신호로 변화하고 외부로 신호를 송출하기 위해 구비된다.

무선수신모듈(42)은 무선송신모듈(41)로부터 오는 무선신호를 수신하여 이를 다시 디지털신호로 변환하기 위해 구비되며, 상기 디지털신호는 후술하는 중앙처리 장치(70a)에 인가한다.

컴퓨터(70)는 웹서버인 동시에 데이터베이스 서버일 수 있으며, 컴퓨터(70)의 내부는 기후조건, 태양전지모듈의 합리적 교체시기 조건, 태양전지모듈의 이상여부 진단조건에 최적화된 알고리즘을 저장한 중앙처리장치(70a)가 구비되어 있다.

따라서, 무선수신모듈(42)로부터 오는 디지털신호를 상기 알고리즘에 연산하여 그 결과값을 데이터베이스화하여 저장하게 되는데 이러한 연산방법은 다음과 방법으로 이루어진다.

먼저, 기후조건은 태양전지모듈(10)이 흡수하는 광원의 휘도를 상.중.하 또는 더 세분화하는 조건부를 전제하는 것이고, 태양전지모듈의 합리적 교체시기 조건은 기후조건이 동일하다는 전제하에 각각의 태양전지모듈(11, ···, 17, 18, 19) 중 어느 하나의 태양전지모듈(11)의 발전량이 저조하거나 미흡하다면 교체시기인 것으로 간주하는 것이며, 태양전지모듈의 이상여부 진단조건은 상기 기후조건과 태양전지모듈의 합리적 교체시기 조건 모두를 충족한다고 판단하는 것으로, 이와 같은 판단을 하기 위해서 본 발명은 상기 기후조건, 태양전지모듈의 합리적 교체시기 조건, 태양전지모듈의 이상여부 진단조건에 따른 태양전지모듈(10)의 발전량 평균을 집계하여 통계 데이터베이스를 구축한다.

그러면 이와 같은 데이터베이스를 토대로 알고리즘을 구현할 수 있으며, 이로써 상기 디지털신호를 상기 알고리즘에 적용하여 원격지에서도 태양전지모듈(10)의 온라인 감시 및 진단을 할 수 있는 것이다.

상기 알고리즘의 일 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

우선, 기본적으로 기후조건에 따라 태양전지모듈(10)이 발전할 수 있는 전기의 양과 태양전지모듈의 합리적 교체시기 조건은 이미 데이터베이스화되어 있는 것으로 주지해야 하며, 상기 데이터베이스를 토대로 디지털 신호를 입력받아 아래와 같이 비교연산 한다.

'현재 기후조건은 어떠한가?' (맑음, 흐림, 비) 중에 맑음이면 외부에서 맑음이라고 입력되고, 상기 디지털 신호가 맑음에 준하는 데이터 값이면 비교된 태양전지모듈은 이상이 없는 것으로 판단하여 상기 데이터 값을 데이터베이스 서버에 저장한다. 그러나 디지털 신호가 맑음에 준하는 데이터 값에 못 미치면 이상이 있는 것으로 판단하여 상기 디지털 신호에 해당하는 태양전지모듈을 찾고, 이 또한 데이터베이스 서버에 저장한다. 이와 같은 비교연산을 구축한 알고리즘으로 태양전지모듈(10)을 진단할 수 있어, 이상이 있는 태양전지모듈(10)을 찾아내어 고장 정도를 파악하고 필요에 따라 보수 및 교체 등을 할 수 있는 것이다. 한편, 이와 같은 알고리즘은 본 발명을 이해하도록 도움을 주는 것에 불과할 뿐 이에 한정하는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 방법의 흐름을 나타낸 도면으로서, 태양전지모듈(10)의 이상적 교체시기 유지보수의 용이함 및 온라인을 통한 데이터 수집과 자료의 체계적 관리를 위한 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 방법은 앞서 설명한 것에 의해 충분히 도출되는 것이고, 여기서 보충될 것은 전술한 컴퓨터(70)는 서버로서 구축되는 컴퓨터일 수 있다는 점과 그와 연결된 주변기기에 IP 공유기능으로 이미 구축된 네트워크망을 통해 태양광 발전 설비들을 모니터링 할 수 있고, 이러한 자료를 각 네트워크망을 이용하는 사용자에게 제공할 수 있다는 점이다. 한편, 전술한 컴퓨터(70)는 데이터베이스 서버와 웹서버로 구성될 수 있다. 데이터베이스 서버는 DAQ모듈(30)을 이용하여 태양전지모듈(10)이 생산하는 전기에너지의 양을 나타내는 자료를 수집하여 통계 데이터, 이상진단 데이터 및 실시간 데이터 등을 제공한다. 또한, 태양전지모듈(10)의 발전현황, 태양전지모듈(10)별 최대 발전 현황 등을 그래프 또는 테이블로서 자료 제공한다.

상기 전술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 방법 및 그 시스템의 사용으로 각각의 태양전지모듈에서 측정된 데이터들을 종합하여 모듈의 이상진단 알고리즘을 도출시킬 수 있고, 이로써 태양전지모듈의 이상진단 여부를 판단할 수 있으며, 태양전지모듈의 경제적 교체시기를 산출할 수 있다.

또한, 데이터의 체계적 관리를 위해 데이터베이스를 구축함으로써 관련기술분야의 발전을 도모하는 효과가 있다.

비록, 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

Claims

태양으로부터 입사되는 광 에너지를 전기에너지로 변환하여 각 부하에 공급하도록 구성된 통상의 태양광발전 시스템에 있어서,

광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 다수개의 태양전지모듈(10);

상기 다수개의 태양전지모듈(10)의 출력측과 연결되어 전기에너지를 정밀측정하는 센싱수단(20)과 상기 센싱수단(20)에 의해 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기(30a)를 구비하여 상기 디지털신호를 수집하는 DAQ모듈(30);

상기 DAQ모듈(30)의 디지털 신호를 무선신호로 변환하여 후술하는 무선수신모듈(42)로 무선 송출하는 무선송신모듈(41);

상기 무선신호를 수신하여 디지털신호로 변환하는 무선수신모듈(42); 및

기후조건, 태양전지모듈의 합리적 교체시기 조건, 태양전지모듈의 이상여부 진단조건으로 최적화된 데이터가 미리 저장되어 있어, 상기 디지털 신호와 비교연산하는 중앙처리장치(70a)와 상기 비교연산된 데이터 값이 상기 조건들에 만족하면 데이터 베이스화하여 저장하고, 상기 조건에 불만족하면 디스플레이함으로써 진단결과를 알리는 컴퓨터(70)를 포함함을 특징으로 하는 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 시스템.
태양전지모듈(10)로서 광 에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 에너지 변환 단계(S100);

상기 에너지 변환단계로서 변환된 전기에너지를 정밀측정하고 상기 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 수집하는 신호수집단계(S200);

상기 수집된 디지털 신호를 무선신호로 변환하여 외부로 송출하는 무선송출단계(S300);

상기 무선송출단계로서 송출된 무선신호를 수신하여 디지털신호로 변환하는 무선신호수신단계 및 신호변환 단계(S400);

기후조건, 태양전지모듈의 합리적 교체시기 조건, 태양전지모듈의 이상여부 진단조건으로 최적화된 데이터를 토대로 상기 디지털 신호와 비교연산하고, 상기 비교연산된 데이터 값이 상기 조건들에 만족하면 데이터 베이스화하여 저장하며, 상기 조건에 불만족하면 디스플레이함으로써 진단결과를 알리는 진단결과 알림단계(S500)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대규모 태양광 발전시설의 태양전지모듈 온라인 감시 진단 방법.