KR20200066115A

KR20200066115A - 태양전지의 전압측정 시스템 및 이를 이용한 태양전지의 개별 고장진단 방법

Info

Publication number: KR20200066115A
Application number: KR1020187014453A
Authority: KR
Inventors: 장현수
Original assignee: 주식회사 현태
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2020-06-09
Also published as: WO2019225771A1

Abstract

태양전지의 전압측정 시스템과 이를 이용한 태양전지의 개별 고장진단 방법을 개시한다. 본 발명은 태양전지의 개별전압값을 측정하여 전압의 이상유무를 통해 개별 태양전지들 중 이상이 있는 태양전지를 판별할 수 있는, 태양전지의 전압측정 시스템과 이를 이용한 태양전지의 개별 고장진단 방법으로서 적어도 하나 이상의 태양전지; 상기 태양전지가 발전하여 생성하는 전기에너지의 전압을 측정하는 전압센서; 그리고 상기 태양전지와 연결되어 상기 태양전지가 발전하여 생성하는 전기에너지의 송수신 여부를 결정하는 스위치회로인 바이패스부를 포함하는 하나 이상의 태양전지부; 상기 하나 이상의 태양전지부 각각의 전압센서와 통신 가능하게 연결되는 컨트롤러; 상기 컨트롤러와 통신 가능하게 연결되는 서버부; 그리고 상기 서버부와 통신 가능하겨 연결되며, 입출력장치를 포함하는 디스플레이부를 포함한다.

Description

태양전지의 전압측정 시스템 및 이를 이용한 태양전지의 개별 고장진단 방법

본 발명은 태양전지의 전압측정 시스템과 이를 이용한 태양전지의 개별 고장진단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지의 개별전압값을 측정하여 전압의 이상유무를 통해 개별 태양전지들 중 이상이 있는 태양전지를 판별할 수 있는, 태양전지의 전압측정 시스템과 이를 이용한 태양전지의 개별 고장진단 방법에 대한 것이다.

화석연료의 고갈문제와 화석연료의 사용으로 인한 지구온난화 문제 등으로 대체에너지 개발 및 보급이 시급한 실정이어서 정부는 국내에서 소비하는 에너지 중 대체에너지의 비중을 점차 확대하는 정책을 추진하고 있다.

오늘날 대체 에너지 가운데 가장 친환경적이고 무한한 에너지원으로서 태양광으로부터 직접 전기에너지로 변환하는 태양광 발전시스템이 각광을 받고 있으며, 정부의 지원으로 보급이 급속히 확대되고 있다. 이러한, 태양광 발전시스템은 태양광을 받아 전기에너지를 변환하는 다수의 태양전지판 모듈을 단위로 구성되어 있으며, 다수의 태양전지판 모듈(이하 ‘태양전지’ 라 함)을 직렬 또는 병렬로 연결하여 필요로 하는 전력을 얻고 있다. 이러한 일반적인 태양광 발전시스템의 형태가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 일반적인 태양광 발전시스템은 전압을 높이기 위하여 개별 태양전지(C)를 직렬로 연결하여 태양전지의 열(row)을 만들고, 이러한 태양전지의 열들을 병렬로 연결하여 전류용량을 키워 사용한다. 상기와 같은 구조로 연결된 태양전지들이 전력을 생산하면, 이는 인버터(I)에 집속되어 필요한 형태로 가공, 사용된다.

그러나 도 1의 형태와 같이 다수의 태양전지(C)를 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용하는 태양광 발전시스템은, 그 연결 형태상 시스템을 구성하는 단위 태양전지(C) 중 어느 하나가 이상이 발생하게 될 경우, 문제가 발생한 태양전지(C)를 포함하는 태양전지(C)의 열 전체가 이상동작을 하는 문제점이 있다.

이러한 상기 태양광 발전시스템은 특히, 대부분이 산기슭이나 건물 옥상, 유휴지 등 설치된 장소가 사람이 접근하기 어려운 곳에 설치되어 무인으로 운용되고 있기 때문에 더 문제가 될 수 있다.

상기와 같은 문제점으로 인하여, 설치 이후에는 태양전지를 효율적으로 관리하는 것이 매우 어려운 실정이기 때문에 각 태양전지들의 고장진단이나 동작이상 유무를 상태를 원격지에서 진단할 수 있는 수단이 요구되고 있다.

태양전지의 고장진단이나 동작이상 유무를 진단할 수 있는 수단들은 다양한 형태로 개발, 제공되고 있다. 예를 들어, 등록특허 10-1023445호는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템을 제공하고 있다. 상기 등록특허는 전압과 전류를 감지하는 센서감지부와 스위칭부를 포함하는 태양전지모듈 제어장치와, 상기 태양전지모듈 제어장치가 장착된 접속단자함, 그리고 중앙제어시스템을 포함하여, 상기 중앙제어시스템의 데이터 송출명령에 따라 상기 태양전지모듈의 상태를 측정하고 이에 따라 상기 중앙제어시스템이 각부의 동작상태를 제어하는 태양전지모듈 원격 감시 및 제어시스템을 제공한다.

또한 공개특허 10-2014-0111744호는 태양광 발전 모니터링 시스템의 무선 통신 네트워크 설정 방법을 제공한다. 상기 공개특허는 PAN ID로 구별되는 복수개의 독립된 디지털 무선 통신 네트워크를 결합하여, 상위에 슈퍼네트워크를 설치, 거대한 단일 네트워크로 동작하도록 디지털 무선 네트워크를 구성하는 방법을 제시하고 있다.

그리고 공개특허 10-2016-0126844호는 태양광 발전설비 모니터링 데이터의 순차식 무선 전송 시스템을, 등록특허 10-1777195호는 태양광발전 고장진단 원격감시 모니터링 시스템을 갖는 태양광 발전장치용 접속반을 개시하고 있다.

이러한 상기의 등록특허들 및 공개특허들은 본 발명과는 구체적인 구성요소나 동작방식들이 상이한 것으로 판단되었으며, 그 외에도 다양한 방식으로 개시되어 있는 태양전지의 감시 및 제어방법들 역시 본 발명과는 구성 및 동작 등에서 상이한 것으로 판단되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술들과는 다른 방식으로 태양전지의 개별 고장진단을 할 수 있는 구성 및 방법으로서, 태양전지의 전압측정 시스템과 이를 이용한 태양전지의 개별 고장진단 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,

적어도 하나 이상의 태양전지와 인버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에 사용되는 태양전지 전압측정 시스템으로서, 적어도 하나 이상의 태양전지; 상기 태양전지가 발전하여 생성하는 전기에너지의 전압을 측정하는 전압센서; 그리고 상기 태양전지와 연결되어 상기 태양전지가 발전하여 생성하는 전기에너지의 송수신 여부를 결정하는 스위치회로인 바이패스부를 포함하는 하나 이상의 태양전지부; 상기 하나 이상의 태양전지부 각각의 전압센서와 통신 가능하게 연결되는 컨트롤러; 상기 컨트롤러와 통신 가능하게 연결되는 서버부; 그리고 상기 서버부와 통신 가능하겨 연결되며, 입출력장치를 포함하는 디스플레이부를 포함하는 태양전지 전압측정 시스템을 제공한다..

상기에서, 태양전지부는 적어도 둘 이상 구성되어, 태양전지부 각각의 바이패스부가 직렬로 연결되어 단위체인 태양전지열을 하나 이상 형성하고, 상기 태양전지열 각각은 병렬로 연결되어 인버터에 접속되는 것이 바람직하다.

상기에서, 태양전지열 내 태양전지부들 중 어느 하나에는 해당 태양전지가 생성하는 전기에너지의 전류를 측정하는 전류센서가 추가로 포함되어 설치될 수 있다.

상기에서, 태양전지열 내 둘 이상의 태양전지부 각각의 태양전지와 컨트롤러는 선형 토폴로지 또는 선형 버스 토폴로지 중 어느 하나의 형태로 통신 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는, 태양전지 전압측정 시스템.

상기에서의 컨트롤러는 상기 전압센서와 통신 가능하게 연결되는 센서접속부; 측정된 전압값의 고장 여부를 판단하는 전압판단부와 상기 바이패스부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 연산부; 광도센서; 그리고 상기 서버부와 통신 가능하게 연결되는 통신모듈을 포함한다.

상기에서, 서버부는 도식화 프로그램을 포함할 수 있다.

상기의 태양전지 전압측정 시스템을 이용한 태양전지 고장진단 방법으로서, 하나 이상의 태양전지부 각각의 전압센서 중 어느 하나가 태양전지가 생성하는 전기에너지 전압 값이 정상 범위를 벗어났음을 감지하고 고장감지신호(F)를 컨트롤러에 전송하는 고장발생단계(S1); 상기 단계(S1) 후, 상기 컨트롤러가 고장 여부를 판단하는 고장여부 판단단계(S2); 상기 단계(S2)에서 고장으로 판단되면, 상기 고장감지신호(F)를 송신한 전압센서가 속한 태양전지부의 바이패스부를 동작시키는 바이패스부 절체단계(S3); 상기 단계(S3) 후, 상기 컨트롤러가 상기 하나 이상의 태양전지부 각각의 전압센서 중 어느 하나에게 전압색인 작성요청(V.req)을 송신하는 전압색인 작성요청단계(S4); 상기 단계(S4)를 통해 전압색인 작성요청(V.req)을 수신한 상기 전압센서는, 전암색인(V.index)을 작성하여 자신의 식별 가능한 ID정보와 상태정보를 기록하여 저장 갱신하고, 상기 갱신한 전압색인(V.index)을 자신과 통신 가능하게 연결된 다른 전압센서 또는 컨트롤러에 전송하는 전압색인 작성단계(S5); 상기 단계(S5)에 따라 갱신된 전압색인(V.index)가 컨트롤러에 수신되면, 상기 컨트롤러가 상기 서버부에 상기 전압색인(V.index)를 송신하는 전압색인 생성단계(S6); 그리고 상기 단계(S6)에 따라 상기 서버부가 상기 전압색인(V.index)를 수신하면, 상기 수신한 전압색인(V.index)을 도식화된 전압색인(V.g.index)으로 변환하여 상기 디스플레이부에 송신하는 도식화된 전압색인 제공단계(S7)를 통하여 관리자에게 고장이 발생한 태양전지의 정보를 전달할 수 있는 태양전지 고장진단 방법을 제공한다.

상기에서, 전압색인(V.index)의 상태정보는 정상 상태, 불안 상태, 고장 상태의 3가지로 구분되는 것이 바람직하다.

상기에서, 상기 단계(S5)에서 전압색인(V.index)을 작성한여 자신의 ID정보와 상태정보를 기록하여 저장 갱신하고, 상기 갱신한 전압색인(V.index)을 자신겨 통신 가능하게 연결된 다른 전압센서에게 송신할 경우, 상기 전압색인(V.index)을 수힌한 다른 전압센서는 자신의 ID정보와 상태정보를 이전 전압센서가 기록한 ID정보와 상태정보의 밑에 덧붙여 기록, 갱신하여 저장한 뒤 자신과 통신 가능하게 연결된 다른 전압센서 또는 컨트롤러에 전송하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 추가적인 설비 없이 경제적이면서도 관리자의 위치 등에 구애받지 않고 태양전지 각각의 고장 여부를 정확하게 진단하고 통보될 수 있다.

도 1은 종래의 태양광 발전시스템의 개략 구조도.
도 2는 본 발명의 태양광 발전시스템의 구조도.
도 3은 본 발명의 태양광 발전시스템의 컨트롤러 및 서버부 동작 구조도.
도 4는 본 발명의 전압색인 구조도.
도 5는 본 발명의 도식화된 전압색인 구조도.
도 6은 본 발명의 태양전지의 전압측정 시스템을 이용한 태양전지의 개별 고장진단 방법 순서도.
[부호의 설명]
10, 20 : 태양전지열. 100, 200 : 태양전지부.
110, 210 : 태양전지. 120, 220 : 전압센서.
130, 230 : 전류센서. 140, 240 : 바이패스부.
30 : 인버터. 40 : 컨트롤러.
410 : 센서접속부. 420 : 연산부.
421 : 전압판단부. 422 : 제어부.
430 : 광도센서. 440 : 통신모듈.
50 : 서버부. 511, 512 : 개별 DB
520 : 도식화 프로그램. 60 : 디스플레이부.

이하에서는 본 발명을 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 실시와 이해를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. 당업자들은 이하의 특허등록청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 내에서 다양한 변형 및 변경이 있을 수 있음을 이해할 것이다.

도 2는 본 발명의 태양전지 전압측정 시스템의 구조도이다. 이하에서는 도 2를 통하여 본 발명의 태양전지 전압측정 시스템의 동작 구성에 대하여 설명한다.

본 발명의 태양전지 전압측정 시스템은, 적어도 하나 이상의 태양전지(110)를 사용하는 태양광 발전장치에 사용된다. 바람직하게는, 적어도 하나 이상의 태양전지(110)들이 직렬로 연결되어 태양전지들의 단위체인 태양전지열 A(10)를 형성하고, 또한 다른 하나 이상의 태양전지(210)들이 직렬로 연결되어 태양전지열 B(20)를 형성하여, 상기 태양전지열 A(10) 및 태양전지열 B(20)이 병렬로 연결되어 인버터(30)에 접속되어 있는 태양광 발전장치에 사용된다.

물론 본 발명은 상기와 같은 바람직한 형태에서만 적용되는 것은 아니며, 상기 태양전지열 A(10) 및 B(20) 외에 또 다른 태양전지열이 수에 관계없이 구성될 수 있으며, 또한 하나의 태양전지열 안에서도 태양전지의 개수 또한 하나 이상 직렬로 연결되어 있으면 모두 가능하게 사용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 도 1에서 도시된 바와 같이, 2개의 태양전지열(10, 20)이 있는 것을 일예시로 하여 설명하기로 한다.

또한 설명에 앞서, 도 2의 구조도에서 실선으로 상호간에 연결되어 있는 부분은 생성된 전기에너지가 송수신되는 전력선을 표현한 것이고, 점선은 상호간에 신호나 정보를 주고받을 수 있는 제어 연결관계를 표시한 것이며, 실선과 점선 간에는 접점 없이 분리되어 상호간에 영향을 주고받지 않는다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양전지 전압측정 시스템에서는, 적어도 하나 이상의 태양전지(110)와, 상기 태양전지(110)에서 발전하여 생성하는 전기에너지의 전류를 측정하는 전류센서(130), 그리고 전압을 측정하는 전압센서(120), 그리고 상기 태양전지(110)와 연결되어 전력을 송수신할 수 있는 스위치회로인 바이패스부(140)를 하나의 단위체로 묶어 태양전지부(100)를 구성한다.

이때 상기 태양전지부(100)는 해당 태양전지(110)가 속한 태양전지열 A(10)의 수와 동일하게 구성될 것이므로, 상기 태양전지부(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 여러 개일 수 있다.

이때, 상기 태양전지열 A(10)에 속한 다수의 태양전지부(100, 100a, 100b, 100c~100x)중 어느 하나(100)에만 전압센서(120) 및 전류센서(130), 바이패스부(140)가 모두 갖춰지고, 상기 나머지 태양전지부(100a, 100b, 100c~100x)는 전류센서가 구성에서 제외되어 전압센서(120a, 120b, 120c~120x)와 바이패스부(140a, 140b, 140c~140x)만이 각각 구성된다.

그리고 상기 전압센서들(120, 120a~120x)은 모두 신호전달이 가능하게끔 선형으로 연결되며, 또한 상기 바이패스부(140, 140a~140x) 또한 전기 에너지의 전송이 가능하게끔 직렬로 연결된다. 상기 바이패스부(140, 140a~140x)는 평상시에는 동작하지 않아 연결된 각각의 태양전지들이 생산한 전력을 자유롭게 전송할 수 있으므로, 상기 태양전지부(100) 내의 태양전지들이 직렬로 연결될 수 있는 것이다.

여기서 만약 상기 바이패스부 중 어느 하나, 예를 들어 2번 태양전지부(100a)의 바이패스부(140a)가 동작하게 되는 경우, 상기 태양전지열 A의 태양전지 적렬 연결관계에서 상기 바이패스부(140a)가 동작한 태양전지부(100a)는 제외되고, 양 옆의 태양전지부(100, 100b)가 직결 연결된다. 나머지 바이패스부들의 역할은 모두 동일하며, 또한 그 구성은 종래의 바이패스 절체회로 등을 사용하면 되는 것이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

상기와 같은 형태로 나머지 태양전지열 B(20) 또한 구성한다. 그 구성요소 및 연결 형태는 상기 태양전지열 A(10)와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

또한 상기 태양전지열 A(10)에서, 속한 태양전지부(100, 100a~100x) 중 어느 하나에만 전류센서(130)와 전압센서(120)를 설치하고, 나머지에는 전압센서(120a~120x)만을 각각 설치하는 이유는, 상기 태양전지부(100, 100a~100x) 내 태양전지들은 모두 직렬로 연결되어 있으므로, 직렬로 연결된 태양전지들의 전류는 그 중 하나만 측정하면 나머지 태양전지들의 전류값을 알 수 있기 때문이다. 반면에 전압값은 상기 태양전지들마다 모두 다를 수 있으며 상기 태양전지열 A(10)에서 생산하는 전기에너지의 전압값은 각각의 상기 태양전지부(100, 100a~100x)에서 생산하는 전기에너지 전압값의 합이 될 것이므로, 상기와 같이 설치해야만 한다.

상기와 같이 각각 내부의 태양전지들이 직렬로 연결되어 있는 태양전지열 A(10) 및 태양전지열 B(20)는 또 다시 병렬로 연결되어 인버터(30)에 접속한다. 상기 인버터(30)는 통상의 것을 사용하면 되며 동작 방식 또한 종래의 태양광 발전시스템에서의 인버터와 동일하므로, 상기 인버터(30)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 단지, 상기 인버터(30)는 상기 컨트롤러(40)와 신호나 정보 등을 주고받을 수 있게 연결되어, 상기 인버터(30)가 자신의 동작 현황 정보 등을 상기 컨트롤러(40)에 제공할 수 있다.

그리고 상기 컨트롤러(40)는 상기 전압센서들(120, 120a~120x, 220, 220a~220x) 및 전류센서(130, 230)와 연결되어 이들이 각자 측정한 태양전지들의 전압 및 전류값을 수신하여 상기 태양전지들의 상태를 판단 및 제어한다.

이때 바람직하게는, 상기 전압센서들(120, 120a~120x, 220, 220a~220x)과 컨트롤러(40)의 네트워크 연결 형태는 상기 태양전지열들(10, 20) 내에서 각각 선형 토폴로지(Linear Topology)이거나 선형 버스 토폴로지(Linear Bus Topology)의 형태로 통신 연결 관계를 구축한다.

또한 여기서, 상기 전류센서(130, 230)는 자연스럽게 상기 두 토폴로지의 구성요소들 중 하나로서 어디에든 위치할 수 있다.

예를 들어, 태양전지열 A(10) 내의 전압센서들(120, 120a~120x) 간의 연결 관계를 선형 토폴로지를 이용하여 구성한다면, 일측단에는 전압센서 중 어느 하나(120)가 위치하고, 타측단에 상기 컨트롤러(40)가 위치하게 연결된다.

또다른 예시로서, 상기 태양전지열 A(10) 내의 전압센서들(120, 120a~120x) 간의 연결 관계가 선형 버스 토폴로지를 이용하여 구성한다면, 상기 컨트롤러(40)는 상기 선형 버스 토폴로지의 양 측단부 중 가장 끝 어느 하나에 위치하게 연결하면 된다.

또한 상기 컨트롤러(40)는 서버부(50)와 통신 가능하게 연결된다. 상기 서버부(50)는 상기 태양전지열들(10, 20)의 현재 상태를 갱신하여 저장하고, 또한 상기 컨트롤러(40)가 송신하는 상기 태양전지열들(10, 20)의 전압 및 전류정보들을 취합하여 관리자가 보기 편리하게끔 가공하는 역할을 한다.

이때, 상기 컨트롤러(40)와 서버부(50) 간에는 무선으로 통신 가능하게 연결되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 서버부(50)는 디스플레이부(60)와 통신 가능하게 연결된다. 상기 디스플레이부(60)는 관리자가 상기 태양전지열들(10, 20)의 상태를 가시적으로 확인할 수 있도록 하는 디스플레이 화면과, 또한 상기 관리자가 상기 서버부(50) 및 컨트롤러(40)를 통해 상기 태양전지열들(10, 20)을 제어할 수 있도록 하는 일련의 입력장치들을 포함한다.

상기와 같은 디스플레이부(60)는 일반적인 입력장치들과 모니터를 갖춘 PC(Personal Computer)나 스마트폰, PDA 등의 종래의 통신 가능한 단말기를 사용할 수 있다. 이때 상기 디스플레이부(60)에서의 모니터 및 입력장치들은 GUI(Graphic User Interface)로 구성하는 것이 바람직하다.

도 3은 상기 컨트롤러(40), 서버부(50), 디스플레이부(60)의 구체적인 구성요소 및 동작 상태를 표현한 구조도이다. 이하에서는 도 3을 통하여 상기 컨트롤러(40), 서버부(50), 디스플레이부(60)의 구체적인 구성요소들에 대하여 설명한다.

상기 컨트롤러(40)는 우선 각각의 태양전지열들(10, 20)의 전류 및 전압센서들과 유선으로 접속할 수 있는 단자인 센서접속부(410), 상기 태양전지열들(10, 20) 내 태양전지들의 고장 여부를 판단하기 위하여, 측정된 전압값의 고장 여부를 판단하는 전압판단부(420)와 상기 태양전지열들(10, 20)의 동작을 제어하기 위한 제어부(422)를 포함하고, 이를 실현하기 위하여 CPU나 MPU 등 하나 이상의 연산장치와 저장장치 그리고 하나 이상의 프로그램들을 포함하는 연산부(420), 그리고 현재 태양광의 조도(照度)를 측정하기 위한 광도센서(430), 그리고 상기 서버부(50)와 무선으로 통신하기 위한 통신모듈(440)을 포함한다.

그리고 상기 서버부(50)는 상기 컨트롤러(40)와 무선으로 연결되기 위한 무선통신장치 및 하나 이상의 연산장치 및 저장장치, 그리고 운영 프로그램들을 포함하며 이러한 상기 서버부(50)는 일반적인 PC나 스마트폰, PDA 등의 단말기 등을 이용하여 구현할 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 구현되는 서버부(50)는 상기 태양전지열(10, 20)들 각각의 전류 및 전압 값 정보를 개별적으로 갱신하여 저장할 수 있는 태양전지열 DB(511, 512)와, 상기 컨트롤러(40)에서 송신하는 전압 정보를 변형 및 가공하여 상기 디스플레이부(60)에 제공할 수 있도록 하는 도식화 프로그램(520)을 포함한다.

그리고 디스플레이부(60) 역시 상기 도식화 프로그램(520)으로부터 제공받은 전압 정보를 관리자에게 제공할 수 있도록 하는 하드웨어와 프로그램들을 포함하며, 그 구성은 상기한 바와 같이 하면 되므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 4, 도 5는 본 발명의 고장진단 방법 과정에서 생성되는 전압색인(V.index) 및 도식화된 전압색인(V.g.index)의 구성요소를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 태양전지의 전압측정 시스템을 이용한 태양전지의 개별 고장진단 방법의 순서도이다. 이하에서는 도 2~도 6을 통하여 본 발명의 태양전지 전압측정 시스템을 이용한 태양전지 개별 고장진단 방법에 대하여 설명한다.

우선, 도 2에서와 같이 구성된 태양광 발전설비가 동작을 시작하면, 정상적인 발전이 이루어질 것이다. 발전이 이루어지다가 상기 태양광 발전설비의 태양전지 중 어느 하나, 예를 들어 도 2의 4번째 태양전지부(100c)의 태양전지가 파손이나 고장 등의 어떤 사유로 인하여, 자신이 발전해낸 전기에너지의 전압 값이 정상 범위를 벗어나게 되면, 우선 상기 4번째 태양전지부(100c)의 전압센서(120c)는 상기 4번째 태양전지부(100c)가 발전한 전기에너지 전압 값이 정상 범위에 벗어났음을 감지하고, 고장감지신호(F)를 상기 컨트롤러(40)에 전송하는 고장발생단계(S1)을 실시한다.

여기서 상기 고장감지신호(F)는 해당 태양전지부(100c)의 식별 가능한 고유번호나 ID 등의 식별정보와, 해당 태양전지부(100c)가 발전한 전기에너지의 전압값과 해당 전압값으로 측정된 채 유지되는 시간정보를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 단계(S1)를 통해 고장감지신호(F)를 수신한 컨트롤러(40)의 연산부(420)는 상기 고장감지신호(F) 내의 정보를 바탕으로 해당 태양전지부(100c)가 고장인지 아닌지를 판단하는 고장여부 판단단계(S2)를 실시한다. 만약 상기 연산부(420)가 상기 단계(S2)에서 해당 태양전지부(100c)가 일시적인 현상 내지는 정상범위 내로 판단하는 등 상기 해당 태양전지부(100c)가 고장이 아니라고 판단한다면, 정상 운용 단계로 되돌아가면 된다.

그리고 만약 상기 단계(S2)에서 상기 해당 태양전지부(100c)가 고장이라고 판단되면, 상기 연산부(420)는 고장이라 판단된 상기 태양전지부(100c)의 바이패스부(140c)를 동작시키는 바이패스부 절체단계(S3)를 실시한다.

상기 단계(S3)를 통하여 태양전지부(100c)를 상기 태양전지열 A(10)의 태양전지 직렬 관계에서 제외시킴으로서 상기 태양전지열 A(10)가 생산하는 전기에너지의 품질을 일정하게 유지하고, 또한 상기 고장난 태양전지부(100c)의 오작동 내지 고장으로 인한 안전사고를 일차적으로 예방할 수 있는 것이다.

또한 상기 단계(S3)에서, 상기 컨트롤러(40)가 상기 인버터(30)와 통신 가능하게 연결되어 있을 경우, 추가적으로 상기 전류센서(130)를 통하여 상기 태양전지열 A(10)가 생산하는 전기에너지의 전류값일 측정하거나 인버터(30)를 통하여 인입되는 전기에너지의 전류 및 전압값을 추가로 측정 및 검산하여 상기 고장난 태양전지부(100c) 내 바이패스부(140c)가 명확히 동작하였는지를 점검하는 추가적인 과정을 거칠 수도 있다.

상기 단계(S3)를 실시한 다음, 관리자에게 상기 태양전지부(100c)의 고장을 알리기 위하여 전압색인 작성요청단계(S4)를 실시한다.

이때, 상기 단계(S4)에서 상기 연산부(420)가 생성하여 상기 태양전지열 A(10) 내 전압센서들(120, 120a~120x)에게 송신하는 전압색인 작성요청(V.req)의 최종 목적지는, 컨트롤러-전압센서들 간의 네트워크 통신망에서, 상기 컨트롤러(40)의 반대편 가장 끄트머리의 전압센서가 된다. 예를 들어, 도 2에서와 같이 상기 태양전지열 A(10)에서와 같이 선형으로 상기 네트워크 통신망이 만들어졌을 경우, 최종 목적지는 상기 선형 네트워크 통신말의 끄트머리인 전압센서(120)가 된다.

마찬가지로, 선형 버스 토폴로지로 상기 컨트롤러-전압센서들 간 네트워크가 형성되어 있다고 하더라도, 전술한 바와 같이 상기 컨트롤러는 상기 선형 버스 토폴로지 네트워크의 일측단부에 위치하고 있으므로, 상기 전압색인 작성요청(V.req)의 최종 목적지는 타측단 끄트머리에 위치한 전압센서를 목적지로 하면 된다.

또한 이때 상기 전압색인 작성요청(V.req)은 고장이 발생한 상기 태양전지열 A(10) 뿐 아니라, 태양전지열 B(20) 등 상기 컨트롤러(40)와 연결된 나머지 태양전지열들에도 보내어 자신들의 전압색인을 작성하라고 요청할 수 있다.

상기 단계(S4)를 통하여 상기 전압색인 작성요청(V.req)이 목적지 전압센서(120)에 도착하게 되면, 상기 전압센서(120)는 미리 입력된 프로그램에 따라 전압색인(V.index)를 작성하는 전압색인 작성단계(S5)를 실시한다.

상기 전압색인(V.index)의 형태가 도 4에 개시되어 있다. 도 4에 개시된 바와 같이, 상기 전압색인(V.index)은 해당 태양전지열 A(10) 각각의 태양전지부의 고유번호나 이름 등의 식별 가능한 ID정보(S/C ID)와 해당 태양전지부들의 상태를 표시하는 상태정보(Status)를 포함한다.

이때, 상기 상태정보(Status)는 최소 두 단계, 즉 정상 상태와 고장 상태로 나누어 표시해야 하며, 바람직하게는 정상 상태, 불안 상태, 고장 상태의 3단계 이상의 단계로 세분화하여 나누는 것이 바람직하다.

상기 단계에 대하여, 정상 상태는 해당 태양전지부가 정해진 전압 범위로 정상적으로 전기에너지 발전을 실시하고 있다는 표시이며, 불안 상태는 고장이라고 볼 수는 없지만 해당 태양전지부가 발전하는 전기에너지의 전압 등의 수치가 불안정하거나, 또는 태양전지 외의 기타 구성요소들에 문제가 있어 관리자가 차후에 점검해야 할 필요가 있는 태양전지부를 나타내는 표시이고, 고장 상태는 태양전지에 고장이 나 상기 단계(S3)를 통해 전기에너지 생산에서 제외되어 있는 태양전지부를 표시한 것이다.

이하에서는 상기와 같이 상태정보(Status)가 3단계로 나뉘어 표기되는 것을 일예시로 하여 설명하기로 한다.

상기와 같이 네트워크에서 가장 끄트머리에 위치한 상기 전압센서(120)가 전압색인(V.index)을 생성하여 자신의 ID정보(S/C ID)와 상태정보(Status)를 기록하여 저장한 뒤, 상기 전압색인(V.index)를 상기 네트워크에서 자신 바로 옆의 전압센서(120a)에게 전송한다.

그리고 상기 전압색인(V.index)를 수신한 상기 전압센서(120a)는 자신의 ID정보(S/C ID)와 상태정보(Status)를 이전 전압센서(120)의 정보 밑에 덧붙여 기록, 갱신한 뒤 저장하고, 이렇게 갱신한 전압색인(V.index)을 다시 자신의 바로 옆에 연결되어 있는 다른 전압센서(100b)에 전달한다. 상기 전압센서(100b)는 상기한 방법으로 자신의 ID정보(S/C ID)와 상태정보(Status)를 이전 전압센서(120a)의 정보 밑에 덧붙여 기록하고 다음 전압센서(100c)에 전송한다.

이러한 방식으로, 상기 전압색인(V.index)이 순차적으로 갱신되면서 상티 태양전지열 A(10) 내 태양전지의 모든 ID정보(S/C ID)와 상태정보(Status)가 도 4와 같은 형태로 기록되어 상기 컨트롤러(40)에 전달됨으로서, 상기 단계(S5)가 마무리될 수 있다.

또한 다른 태양전지열(20)에도 그 태양전지열의 전압색인 완성되어 상기 컨트롤러(40)에 전송될 수 있다. 상기 컨트롤러(40)의 연산부(420)는 자신의 기억장치 내 상기 전압색인들(V.index)을 갈무리하여 분리하여 저장하는 것이 바람직하다.

상기 단계(S5)에 따라 완성된 태양전지들의 전압색인(V.index)이 각각 컨트롤러(40)에 수신되면, 상기 컨트롤러(40)의 연산부(420)는 상기 통신모듈(440)을 거쳐 상기 서버부(50)에 상기 태양전지들의 전압색인(V.index)을 송신하고, 상기 서버부(50)의 도식화 프로그램(520)이 상기 송신된 전압색인(V.index)들을 수신하여 도식화된 전압색인(V.g.index)을 생성하는 도식화 전압색인 생성단계(S6)를 실시한다.

상기 도식화된 전압색인(V.g.index)의 형태가 도 5에 도시되어 있다. 상기 도식화된 전압색인(V.g.index)은 수신된 상기 태양전지들의 모든 전압색인(V.index)을 모아 색으로 각각의 태양전지의 상태를 나타낸 것으로, 정상 상태는 초록색, 불안 상태는 노란색, 고장 상태는 빨간색으로 구분하였다. 관리자는 상기 도식화된 전압색인(V.g.index)을 도식화된 전압색인 제공단계(S7)에서 제공받음으로서 어느 태양전지부가 고장 상태이고 불안 상태인지를 빠르고 효과적으로 파악하여 조치할 수 있게 된다.

또한 상기 단계(S6)에서, 상기 도식화 프로그램(520)은 태양전지열들(10, 20)의 개별 DB(511, 512)에 각각의 전압색인(V.index) 내 정보를 바탕으로 상기 태양전지열들 개별 DB(511, 512)의 내용을 갱신하여 저장할 수도 있다. 관리자는 상기 태양전지열들(10, 20)의 최근 상태를 상기 디스플레이부(60)를 통하여 상기 개별 DB(511, 512)중 어느 하나를 참조함으로서 확인할 수 있다.

Claims

적어도 하나 이상의 태양전지와 인버터를 포함하는 태양광 발전 시스템에 사용되는 태양전지 전압측정 시스템으로서,
적어도 하나 이상의 태양전지; 상기 태양전지가 발전하여 생성하는 전기에너지의 전압을 측정하는 전압센서; 그리고 상기 태양전지와 연결되어 상기 태양전지가 발전하여 생성하는 전기에너지의 송수신 여부를 결정하는 스위치회로인 바이패스부를 포함하는 하나 이상의 태양전지부;
상기 하나 이상의 태양전지부 각각의 전압센서와 통신 가능하게 연결되는 컨트롤러;
상기 컨트롤러와 통신 가능하게 연결되는 서버부;
그리고 상기 서버부와 통신 가능하겨 연결되며, 입출력장치를 포함하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 전압측정 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 태양전지부는 적어도 둘 이상 구성되어, 태양전지부 각각의 바이패스부가 직렬로 연결되어 단위체인 태양전지열을 하나 이상 형성하고, 상기 태양전지열 각각은 병렬로 연결되어 인버터에 접속되는 것을 특징으로 하는, 태양전지 전압측정 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 태양전지열 내 태양전지부들 중 어느 하나에는 해당 태양전지가 생성하는 전기에너지의 전류를 측정하는 전류센서가 추가로 포함되어 설치되는 것을 특징으로 하는, 태양전지 전압측정 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 태양전지열 내 둘 이상의 태양전지부 각각의 태양전지와 컨트롤러는 선형 토폴로지 또는 선형 버스 토폴로지 중 어느 하나의 형태로 통신 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는, 태양전지 전압측정 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 전압센서와 통신 가능하게 연결되는 센서접속부; 측정된 전압값의 고장 여부를 판단하는 전압판단부와 상기 바이패스부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 연산부; 광도센서; 그리고 상기 서버부와 통신 가능하게 연결되는 통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 전압측정 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 서버부는 도식화 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 전압측정 시스템.
제 1항 내지 6항의 태양전지 전압측정 시스템을 이용한 태양전지 고장진단 방법으로서,
하나 이상의 태양전지부 각각의 전압센서 중 어느 하나가 태양전지가 생성하는 전기에너지 전압 값이 정상 범위를 벗어났음을 감지하고 고장감지신호(F)를 컨트롤러에 전송하는 고장발생단계(S1);
상기 단계(S1) 후, 상기 컨트롤러가 고장 여부를 판단하는 고장여부 판단단계(S2);
상기 단계(S2)에서 고장으로 판단되면, 상기 고장감지신호(F)를 송신한 전압센서가 속한 태양전지부의 바이패스부를 동작시키는 바이패스부 절체단계(S3);
상기 단계(S3) 후, 상기 컨트롤러가 상기 하나 이상의 태양전지부 각각의 전압센서 중 어느 하나에게 전압색인 작성요청(V.req)을 송신하는 전압색인 작성요청단계(S4);
상기 단계(S4)를 통해 전압색인 작성요청(V.req)을 수신한 상기 전압센서는, 전암색인(V.index)을 작성하여 자신의 식별 가능한 ID정보와 상태정보를 기록하여 저장 갱신하고, 상기 갱신한 전압색인(V.index)을 자신과 통신 가능하게 연결된 다른 전압센서 또는 컨트롤러에 전송하는 전압색인 작성단계(S5);
상기 단계(S5)에 따라 갱신된 전압색인(V.index)가 컨트롤러에 수신되면, 상기 컨트롤러가 상기 서버부에 상기 전압색인(V.index)를 송신하는 전압색인 생성단계(S6);
상기 단계(S6)에 따라 상기 서버부가 상기 전압색인(V.index)를 수신하면, 상기 수신한 전압색인(V.index)을 도식화된 전압색인(V.g.index)으로 변환하여 상기 디스플레이부에 송신하는 도식화된 전압색인 제공단계(S7)를 통하여 관리자에게 고장이 발생한 태양전지의 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 고장진단 방법.
제 7항에 있어서, 상기 전압색인(V.index)의 상태정보는 정상 상태, 불안 상태, 고장 상태의 3가지로 구분되는 것을 특징으로 하는, 태양전지 고장진단 방법.
제 7항에 있어서, 상기 단계(S5)에서 전압색인(V.index)을 작성한여 자신의 ID정보와 상태정보를 기록하여 저장 갱신하고, 상기 갱신한 전압색인(V.index)을 자신겨 통신 가능하게 연결된 다른 전압센서에게 송신할 경우, 상기 전압색인(V.index)을 수힌한 다른 전압센서는 자신의 ID정보와 상태정보를 이전 전압센서가 기록한 ID정보와 상태정보의 밑에 덧붙여 기록, 갱신하여 저장한 뒤 자신과 통신 가능하게 연결된 다른 전압센서 또는 컨트롤러에 전송하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 고장진단 방법.