KR20230114891A - 태양전지의 전류 검출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지의 전류 검출장치에 관한 것으로, 션트 저항과, 션트 저항의 전류 검출 값을 디지털 신호로 변환하여 송신하는 다수의 전류검출모듈을 포함하되, 상기 전류검출모듈들은 상호 직렬로 커넥터부에 의해 상호 결합되어, 통신버스 및 전원공급라인이 연결되며, 상기 전류검출모듈의 직렬 연결구조의 일측에 커넥터로 결합되어 상기 전원공급라인을 통해 전원을 공급하는 전원공급모듈을 더 포함할 수 있다.

Description

태양전지의 전류 검출장치{Current detection device for solar cell}
본 발명은 태양전지의 전류 검출장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 전류 계측에 사용되는 배선을 줄일 수 있는 태양전지의 전류 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전은 태양 및 에너지를 전기 에너지로 변환하여 발전하는 시스템을 말하며, 발전된 직류 전기 에너지는 전력 변환 장치(인버터)를 통하여 교류 전기에너지로 변환된다.
생산된 전기는 한전계통과 연계되어 부하 측에 공급하게 되며, 나머지 전력은 한전계통으로 역 전송된다. 여기서 부족한 전기는 한전으로부터 공급받게 된다.
이와 같이 계통과 연계되어 시스템이 구축될 경우, 태양전지모듈을 어레이 형태로 사용하게 되며, 접속함에는 태양전지모듈과 연결하기 위한 회로 군을 내장하고, 접속함과 전력 변환 장치인 인버터 간에는 전력선을 이용하여 접속하게 된다.
접속함에는 필요에 따라 다양한 기능의 회로가 구현될 수 있으나, 기본적으로 태양전지의 스트링별 전류를 측정할 수 있는 수단이 마련되어야 한다.
스트링별 전류의 측정은 전력의 생산량의 검출 뿐만 아니라 특정한 태양전지(또는 태양전지 군)의 이상을 검출하는 수단으로 사용될 수 있다.
등록특허 10-0900035호(2009년 5월 22일 등록, 태양광 발전 장치의 접속반용 모듈 및 태양광 발전 장치의 전류 검출 방법)에는 PCB 기판 상에 태양광 전지부의 (-) 출력 단자와 부하 사이에 흐르는 전류를 검출하는 션트 저항을 포함하는 모듈에 대하여 기재하고 있다.
좀 더 구체적으로 태양전지의 출력단자에 연결되는 입력단자, 입력단자에 입력된 전류를 검출하는 션트 저항인 전류 측정부, 검출된 전류를 외부의 모니터링 장치로 출력하는 검출 커넥터를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성의 종래 전류 검출 모듈은 태양전지의 스트링의 수에 대응하도록 접속함에 설치되어야 하며, 각각의 전류 검출 모듈에서 검출된 전류를 외부의 모니터링 장치에 연결하기 위한 검출 커넥터의 수가 증가하게 되며, 따라서 배선의 수가 증가하게 되는 문제점이 있었다.
즉, 모니터링 장치와 접속함 사이에서 태양전지들의 스트링 수와 동수의 배선이 연결되어 태양전지 스트링에서 검출된 전류를 모니터링하기 때문에 배선이 증가하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 태양전지의 확장으로 태양전지의 전류를 출력하는 스트링의 수가 증가하게 되는 경우, 해당 모듈을 설치함과 아울러 모니터링 장치와의 연결을 위한 배선을 해야하기 때문에 작업에 필요한 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 배선 수의 증가로 인한 유지 관리의 어려움이 있었다.
상기와 같은 종래 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 태양전지의 수와 무관하게 모니터링 장치와 연결되는 배선의 수를 줄일 수 있는 태양전지의 전류 검출장치를 제공함에 있다.
특히, 본 발명은 검출 전류를 직렬통신 데이터로 전환하여 송신함으로써, 전류 검출장치와 모니터링 장치 사이에 직렬통신 선로만이 연결되도록 하여, 배선의 수를 줄일 수 있는 태양전지의 전류 검출장치를 제공함에 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 전류 검출장치는, 션트 저항과, 션트 저항의 전류 검출 값을 디지털 신호로 변환하여 송신하는 다수의 전류검출모듈을 포함하되, 상기 전류검출모듈들은 상호 직렬로 커넥터부에 의해 상호 결합되어, 통신버스 및 전원공급라인이 연결되며, 상기 전류검출모듈의 직렬 연결구조의 일측에 커넥터로 결합되어 상기 전원공급라인을 통해 전원을 공급하는 전원공급모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 커넥터부는, 입력측 커넥터와 출력측 커넥터를 포함하고, 출력측 커넥터는 이웃한 다른 전류검출모듈의 입력측 커넥터와 결합되고, 입력측 커넥터는 이웃한 다른 전류검출모듈의 출력측 커넥터에 결합되어, 전류검출모듈들이 직렬 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전류검출모듈들의 직렬 연결구조의 타측에 커넥터로 결합되어, 상기 전류검출모듈들 각각에서 검출된 전류값을 통신버스를 통해 수집하고, 수집된 전류값을 모니터링 장치부로 송신하는 데이터수집 및 통신모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 데이터수집 및 통신부의 커넥터는, 상기 전원공급라인 및 상기 통신버스에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 데이터수집 및 통신부는, 특정 전류검출모듈의 전류 검출 값이 기준전류 이상인 경우 알람을 발생시킬 수 있다.
본 발명 태양전지의 전류 검출장치는, 태양전지 스트링의 전류를 검출하는 션트 저항의 검출 전류를 디지털 데이터로 변환하고 이를 직렬 통신 방식으로 송신하도록 모듈화하고, 전류검출모듈을 직렬 연결함으로써, 모니터링 장치에는 단일한 직렬 통신라인을 통해 각 스트링의 전류 검출 결과를 제공할 수 있어, 장치를 단순화하고 배선의 수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 태양전지의 수가 변경되는 경우에도, 접속함의 전류검출모듈을 가감하는 처리만으로 태양전지 수 변화에 대응할 수 있으며, 별도의 외부 배선 작업이 요구되지 않아 작업을 단순화하고, 유지 및 보수의 용이성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 전류 검출장치의 블록 구성도이다.
도 2는 도 1에서 전류검출모듈의 블록 구성도이다.
도 3은 도 1에서 데이터수집 및 통신모듈의 블록 구성도이다.
이하, 본 발명 태양전지의 전류 검출장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되지 않음은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지 전류 검출장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명 전류 검출장치는, 상호 직렬 연결되어 각각 태양전지 스트링(1)의 전류를 검출하고, 검출결과를 직렬통신방식으로 송신하는 전류검출모듈(10)들과, 상기 전류검출모듈(10)의 연결 구조에 전원을 공급하는 전원공급모듈(20)과, 상기 전류검출모듈(10)의 연결구조의 종단에 결합되어 데이터를 수집하고, 외부와 통신하는 데이터 수집 및 통신모듈(30)과, 상기 EPO이터 수집 및 통신모듈(30)과는 통신선로를 통해 연결되어, 각 스트링(1)에서 검출된 전류값을 수신하고 표시하는 모니터링 장치(40)를 포함하여 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 전류 검출장치의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 다수의 전류검출모듈(10)들은 각각 태양전지 스트링(1)의 전류를 검출할 수 있도록 태양전지 스트링(1)과 동수로 마련된다.
태양전지 스트링(1)은 태양전지 그룹별로 생산된 전류를 외부로 출력하는 것이며, 태양광 발전의 규모에 따라 그 수가 결정된다.
전류검출모듈(10) 각각은 스트링(1)의 전류를 검출하기 위한 션트 저항을 포함하며, 도 2에 전류검출모듈(10)의 블록 구성을 도시하였다.
도 2를 참조하면 전류검출모듈(10)은 션트 저항부(11)와, 션트 저항부(11)에서 검출된 전류를 디지털신호로 변환하여 통신버스(13)를 통해 송신하는 전류계측부(12)와, 상기 통신버스(13) 및 전원의 연결을 위한 커넥터부(14)를 포함한다.
상기 커넥터부(14)는 입력측 커넥터(14a)와 출력측 커넥터(14b)를 포함하며, 전류검출모듈(10)간 결합 또는 전류검출모듈(10)과 전원공급모듈(20) 또는 데이터수집 및 통신모듈(30)과의 커넥터 결합을 위하여 입력측 커넥터(14a)는 암(female), 출력측 커넥터(14b)는 수(male)형 커넥터를 사용한다.
설명의 편의를 위하여 입력측 커넥터(14a)를 암형, 출력측 커넥터(14b)를 수형으로 설명하지만, 입력측 커넥터(14a)가 수형, 출력측 커넥터(14b)가 암형일 수 있으며, 이밖에 입력측 커넥터(14a)와 출력측 커넥터(14b)가 상호 결합될 수 있는 구조이면 본 발명에 적용할 수 있다.
이와 같은 구성에서 전류검출모듈(10)은 스트링(1)의 전류를 션트 저항부(11)를 통해 검출할 수 있으며, 이때 션트 저항부(11)에서 검출된 전류는 아날로그값이며, 전류계측부(12)는 검출된 전류를 디지털신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 포함하여 디지털 신호를 출력하게 된다.
이때 전류계측부(12)는 자신의 ID를 함께 출력하여 이후 모니터링 장치(40)에서 특정한 태양전지의 전류값임을 확인할 수 있도록 한다.
상기 커넥터부(14)는 4개의 단자를 포함하는 것으로 하며, 구체적으로 한 쌍의 전원 단자(15)와 직렬 통신을 위한 두 개의 직렬 버스 단자(13a, 13b)를 포함할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명은 다수의 전류검출모듈(10)들이 커넥터부(14)에 의해 결합된다. 이때 가장 선단에 위치하는 전류검출모듈의 출력측 커넥터(14b)에 차순의 전류검출모듈의 입력측 커넥터(14a)가 결합된다.
이와 같은 커넥터부(14)의 결합에 의해 다수의 전류검출모듈(10)은 전원 단자(15)와 직렬 버스 단자(13a,13b)가 서로 연결된다.
상기 최선단의 전류검출모듈(10)의 입력측 커넥터(14a)에는 전원공급모듈(20)의 커넥터(21)가 결합된다. 전원공급모듈(20)의 커넥터(21)에는 한 쌍의 전원 단자만을 포함하여, 직류전원을 공급한다.
이때의 직류전원은 상호 커넥터부(14)에 의해 직렬로 결합된 전류검출모듈(10)들 모두에 공급된다.
또한, 최후단의 전류검출모듈(10)의 출력측 커넥터(14b)에는 데이터수집 및 통신모듈(30)이 결합된다.
데이터수집 및 통신모듈(30)은 입력측 커넥터(31)를 포함하며, 입력측 커넥터(31)는 전원단자 및 통신버스 단자를 포함하여 전원공급모듈(20)의 전원을 공급받아 동작하며, 통신버스(13)를 통해 전류검출모듈(10)들에서 송신된 전류 검출값을 수신할 수 있다.
데이터 수집 및 통신모듈(30)은 직렬 통신선로(41)를 통해 모니터링 장치(40)와 통신하며, 이때의 통신방식은 I2C를 사용할 수 있으나, 본 발명은 통신 방식에 의해 제한되지 않는다.
이와 같은 구성의 특징은 별도의 PCB를 사용하지 않으며, 배선 작업 없이 스트링별 전류를 검출할 수 있다.
도 3은 데이터 수집 및 통신모듈(30)의 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면 데이터 수집 및 통신모듈(30)은, 주어진 설정에 따라 상호 직렬 연결된 전류검출모듈(10)에 데이터를 요청하며, 전류검출모듈(10)의 데이터를 수신하는 제1통신부(32)와, 수신된 데이터를 저장하는 저장부(33)와, 상기 모니터링 장치(40)로부터 요청이 있으면, 저장부(33)에 저장된 데이터를 송신하는 제2통신부(34)와, 상기 제1통신부(32) 및 제2통신부(34)를 제어함과 아울러 검출된 전류값을 확인하여, 과전류가 발생하면 경고를 발생시키는 제어부(35)를 포함하여 구성된다.
상기 제어부(35)는 주어진 프로그램에 따라 제1통신부(32)를 통해 통신버스(13)에 연결되어 있는 각각의 전류검출모듈(10)들에 순차적으로 데이터 요청을 수행한다.
이때 제어부(35)는 프로그램 가능한 것으로 하며, 적어도 전류검출모듈(10)들의 수와, 그 전류검출모듈(10)들에 대한 통신 요청 및 데이터 수신 주기에 대한 프로그램을 수행하는 것으로 한다.
전류계측부(12)는 데이터 요청에 따라 션트 저항부(11)에서 검출된 전류값을 디지털신호로 변환한 결과를 송신한다.
전류검출모듈(10)의 전류값은 제1통신부(32)를 통해 수신되고, 저장부(33)에 저장된다. 이때 저장부(33)에 저장되는 전류값은 각 전류검출모듈(10)의 ID를 포함할 수 있으며, 통신 또는 검출 시간 정보를 포함할 수 있다.
제어부(35)는 저장부(33)에 저장된 데이터인 전류값들을 설정된 시간이 경과하면 삭제할 수 있다.
제어부(35)는 모니터링 장치(40)로부터 요청이 있거나, 설정된 주기로 저장부(33)에 저장된 데이터를 제2통신부(34)를 통해 모니터링 장치(40)로 송신할 수 있다.
또한, 제어부(35)는 제1통신부(32)를 통해 수신된 특정한 전류검출모듈(10)에서 검출된 태양전지의 전류값을 기준전류값과 비교하여, 과전류로 판단되는 경우 경고를 발생시킬 수 있다.
경고는 제2통신부(34)를 통해 모니터링 장치(40)로 송신되는 데이터이거나, 자체에 마련된 시각적 알람수단의 점멸일 수 있다.
본 발명은 과전류의 발생시 해당 태양전지 스트링을 통한 전류가 인버터 등의 전력변환장치로 유입되는 것을 차단하는 차단기를 더 포함할 수 있으며, 제어부(35)는 차단기를 트립시키는 제어를 수행할 수도 있다.
이처럼 본 발명은 태양전지 스트링에서 검출된 전류를 직렬통신을 통해 수집 및 모니터링부로 전달하여, 모니터링 장치(40)와 연결되는 선의 수를 대폭 감소시킬 수 있다.
또한, 전류검출을 위한 전류검출모듈(10) 각각에 전력을 공급하기 위한 배선을 사용하지 않고, 상호 직렬연결된 전류검출모듈(10)들에 커넥터 방식을 이용하여 전원을 공급함으로써, 배선을 생략하고, 설치, 유지 및 보수의 편의성을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10:전류검출모듈 11:션트 저항부
12:전류계측부 13:통신버스
14:커넥터부 20:전원공급모듈
30:데이터수집 및 통신모듈 40:모니터링 장치

Claims (5)

  1. 션트 저항과, 션트 저항의 전류 검출 값을 디지털 신호로 변환하여 송신하는 다수의 전류검출모듈을 포함하되,
    상기 전류검출모듈들은 상호 직렬로 커넥터부에 의해 상호 결합되어, 통신버스 및 전원공급라인이 연결되며,
    상기 전류검출모듈의 직렬 연결구조의 일측에 커넥터로 결합되어 상기 전원공급라인을 통해 전원을 공급하는 전원공급모듈을 더 포함하는 태양전지의 전류 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터부는,
    입력측 커넥터와 출력측 커넥터를 포함하고,
    출력측 커넥터는 이웃한 다른 전류검출모듈의 입력측 커넥터와 결합되고,
    입력측 커넥터는 이웃한 다른 전류검출모듈의 출력측 커넥터에 결합되어,
    전류검출모듈들이 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전류 검출장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류검출모듈들의 직렬 연결구조의 타측에 커넥터로 결합되어,
    상기 전류검출모듈들 각각에서 검출된 전류값을 통신버스를 통해 수집하고, 수집된 전류값을 모니터링 장치부로 송신하는 데이터수집 및 통신모듈을 더 포함하는 태양전지의 전류 검출장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 데이터수집 및 통신부의 커넥터는,
    상기 전원공급라인 및 상기 통신버스에 연결되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전류 검출장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 데이터수집 및 통신부는,
    특정 전류검출모듈의 전류 검출 값이 기준전류 이상인 경우 알람을 발생시키는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전류 검출장치.
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