KR20240092429A - 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지패널 중 단선이 발생한 부분을 비접촉 방식을 통해 용이하게 검출할 수 있도록 단선 감지구조가 마련된 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치는 복수의 태양전지패널 중 가장 일측에 위치한 태양전지패널의 양극 단자와 가장 타측에 위치한 태양전지패널의 음극 단자 사이를 도선으로 연결하며, 상기 도선과 복수의 태양전지패널을 서로 연결하는 스트링으로 탐지전류를 인가하되, 상기 도선에 마련되어 탐지전류 인가 상태를 선택적으로 온오프 가능한 스위치(104)와, 상기 스위치 구동을 온오프 제어하는 스위치 제어부(105)를 포함하는 단선감지 전류인가유닛 및 상기 탐지전류 인가를 통해 상기 스트링을 따라 흐르는 전류를 분석하고 주파수 변동구간 감지를 통해 복수의 태양전지패널 사이의 전기적인 단선을 감지하기 위한 주파수 감지부를 구비하는 휴대용 단선감지 확인단말을 포함한다.

Description

태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치 {Disconnection detection device of solar power module string}

본 발명은 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지패널 중 단선이 발생한 부분을 비접촉 방식을 통해 용이하게 검출할 수 있도록 단선 감지구조가 마련된 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 발전 시스템은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것으로서, 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양 전지판(모듈)과 태양전지판에서 생산된 직류 전원을 교류 전원으로 바꾸어주는 인버터를 포함하여 구성된다.

태양광 발전 시스템의 구성을 좀 더 상세히 설명하면, 수광된 태양광에 상응하는 직류 전원을 공급하는 태양 전지 패널과 이를 직렬로 연결한 태양 전지 어레이, 태양 전지 어레이와 인버터 사이에서 많은 배선의 결선을 용이하게 해주고 각종 보호 기능을 수행하는 태양광 접속반, 태양 전지 어레이에서 발전된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터 및 발전된 전력을 소비하는 부하로 구성된다.

태양광 접속반은 태양전지 어레이에서 고장이 발생할 경우 고장 범위를 최소로 축소시켜 사고를 방지하고, 고장점을 찾기 쉽도록 구성된다.

태양 전지 어레이를 구성하는 복수의 태양 전지 패널은 서로 간에 스트링을 통해 직렬로 연결되며, 이러한 연결부위는 비, 눈, 바람, 기타 환경적인 요인 등에 의해 통전되지 못하고 단선되는 현상이 발생하기도 한다.

작업자는 이러한 단선 부위를 신속하게 발견해서 수리/교체 작업을 진행해야 전체 태양광 발전 시스템의 전력생산 효율성 하락을 최대한 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전력 수요가 급격히 증가하는 때 전력공급에 차질이 발생하는 것 또한 방지할 수 있게 된다.

종래에는 단선 부위를 검출하기 위해 복수의 태양전지 어레이와 연결된 접속반이나 인버터 쪽에 단선 부위를 감지할 수 있는 센서(장치)가 마련되어 있으나, 이러한 경우 직렬로 연결된 복수의 태양전지 어레이 중 적어도 하나에 단선이 발생했음을 감지할 수는 있으나 구체적으로 어느 태양전지 어레이에 단선이 발생했는지를 정확하게 감지할 수 없는 단점이 있었다.

또한 이러한 감지방식 외에 종래에는 복수의 태양전지 어레이에 개별적으로 단선 감지 센서(장치)를 설치하기도 했으나 이러한 방식은 감지센서의 설치 개수 증가에 따라 전체적으로 비용이 과다하게 발생하는 문제가 있다.

대한민국 등록실용신안 제20-0457335호(2011.12.08. 등록) 대한민국 공개특허 제10-2015-0056763호(2015.05.27. 공개)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 작업자가 태양광 발전소에 설치되어 있는 수백 내지 수천개의 태양전지패널 중 단선이 발생한 부분을 주파수 변동구간 감지 및/또는 자계 변화 감지를 이용한 비접촉 방식을 통해 용이하게 검출할 수 있도록 단선 감지구조가 마련되어 단선 구간을 신속하고 용이하게 확인할 수 있는 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치는 복수의 태양전지패널 중 가장 일측에 위치한 태양전지패널의 양극 단자와 가장 타측에 위치한 태양전지패널의 음극 단자 사이를 도선으로 연결하며, 상기 도선과 복수의 태양전지패널을 서로 연결하는 스트링으로 탐지전류를 인가하되, 상기 도선에 마련되어 탐지전류 인가 상태를 선택적으로 온오프 가능한 스위치(104)와, 상기 스위치 구동을 온오프 제어하는 스위치 제어부(105)를 포함하는 단선감지 전류인가유닛 및 상기 탐지전류 인가를 통해 상기 스트링을 따라 흐르는 전류를 분석하고 주파수 변동구간 감지를 통해 복수의 태양전지패널 사이의 전기적인 단선을 감지하기 위한 주파수 감지부를 구비하는 휴대용 단선감지 확인단말을 포함한다.

상기 스위치 제어부는 원격 무선신호를 전달받아 상기 스위치의 구동을 제어하는 것으로서, 원거리에서 송신된 스위치 동작 무선신호를 수신하는 무선신호 수신부 및 상기 무선신호 수신부의 신호를 전달받아 스위치의 온오프를 구동하는 스위치구동부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 휴대용 단선감지 확인단말은 상기 스트링 주위에 발생하는 자계를 검출하여 복수의 태양전지패널 사이의 전기적인 단선을 감지하기 위한 자계 검출부, 상기 주파수 감지부와 자계 검출부에 의해 감지된 값이 수치화되어 저장되는 메모리, 상기 메모리에 기저장된 값과 상기 주파수 감지부와 자계 검출부를 통해 실시간으로 감지되는 값을 비교하는 비교부, 상기 비교부의 비교값을 기설정된 설정값과 비교한 후 설정범위 이상의 차이가 발생하는 경우 단선발생으로 판단하는 단선 판단부 및 상기 단선 판단부의 판단 결과에 따라 이상 신호를 선택적으로 발생하는 이상신호 발생부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치는 주파수 변동구간 감지 또는 자계 변화 감지를 이용한 비접촉 단선 감지구조가 적용되어 단선 구간을 신속하고 용이하게 확인할 수 있으므로 작업자의 노동 강도를 한층 절감시킬 수 있다.

또한 휴대용 단선감지 확인단말의 감지값과 저장값을 웹 서버로 전송할 수 있으므로 현장에 있는 작업자가 아닌 관제센터 등에 있는 관리자도 단선 감지에 대한 정보를 실시간으로 획득하여 더욱 신속한 수리 및 교체작업을 진행할 수 있어 있어 관리 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치가 설치된 상태를 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치의 단선감지 전류인가유닛을 구체적으로 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치의 휴대용 단선감지 확인단말을 구체적으로 보여주는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치는 서로 간에 직렬로 연결되는 복수의 태양전지패널(10) 사이의 단선을 감지하도록 이루어진 것으로서 단선감지 전류인가유닛(100)과 휴대용 단선감지 확인단말(110)을 포함한다.

복수의 태양전지패널(10)이 서로간에 직렬 연결되어 하나의 태양전지패널군을 형성하고 이러한 태양전지패널군이 서로 병렬 연결되어 전체 발전 시스템을 이루게 되는데, 본 발명은 각각의 태양전지패널군에서 태양전지패널(10) 간의 단선 및 불량부위를 주파수 변동구간 확인, 자계 변화 구간 확인과 같은 비접촉 방식을 통해 검출하도록 이루어진다.

먼저, 단선감지 전류인가유닛(100)은 복수의 태양전지패널(10) 중 가장 일측에 태양전지패널(10)의 양극 단자와 가장 타측에 위치한 태양전지패널(10)의 음극 단자 사이를 도선(101)으로 연결하고 도선(101)과 복수의 태양전지패널(10)을 서로 연결하는 스트링(102)으로 탐지전류를 인가한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 단선감지 전류인가유닛(100)은, 전류제공부(103), 스위치(104), 스위치 제어부(105) 및 저항(106)을 포함한다.

전류제공부(103)는 실질적으로 도선(101)과 스트링(102)을 따라 전류가 인가되도록 정상적인 태양광 발전시 스트링(102)을 따라 유도되는 전류와는 구분되어 단선감지를 위해 단선감지 전류를 인가하기 위한 것으로서, 일종의 배터리 등으로 적용 가능하다. 따라서 전류제공부(103)는 수개월 단위로 교체하여 설치할 필요가 있다.

스위치(104)는 도선(101) 상에 마련되어 탐지전류 인가 상태를 선택적으로 온오프할 수 있도록 마련되며, 스위치 제어부(105)는 외부로부터 무선신호를 전달받아 스위치(104) 구동을 선택적으로 온오프 제어하도록 마련된다.

여기서 스위치 제어부(105)는 와이파이 등의 무선신호를 송신하는 무선신호 수신부(미도시)와 상기 무선신호 수신부(미도시)의 전달신호를 받아 스위치(104) 구동을 실질적으로 제어하는 스위치구동부(미도시)를 포함한다.

본 발명은, 스위치(104)와 스위치 제어부(105)를 통해 도선(101) 상의 통전 상태를 항상 유지시키지 않고 필요할 경우에만 원격에서 활성화시킬 수 있으므로 전류제공부(103)의 필요없는 전력 낭비를 최대한 방지하여 단선감지 전류인가유닛(100)의 동작 가능시간을 증가시킬 수 있다.

한편, 서로 직렬 연결된 복수의 태양전지패널(10)이 정상적인 상태일때 즉 서로 간에 단선됨이 없이 정상적으로 전류를 접속반(11) 측으로 인가시킬 경우, 스트링(102)을 따라 흐르는 전류가 필요 이상으로 도선(101) 측으로 유도되면 태양광 발전 시스템의 전력 생산 효율이 저감하는 단점이 발생할 수 있다.

본 발명에서 스트링(102)과 도선(101)의 연결은 단지 스트링(102)과 도선(101)으로 탐지전류를 인가시켜 스트링(102) 사이의 단선을 감지하는 용도일뿐, 전술한 바와 같이 정상적으로 기능하여 정상적으로 생성된 태양광 발전 전류가 스트링(102)을 따라 흐르다가 도선(101) 측으로 필요이상 유도될 경우에는 접속반(11) 측으로 유도되는 전류의 손실이 발생하게 된다.

본 발명은 이러한 전력 손실을 최소화하면서 스트링(102), 도선(101) 사이를 통전시켜 탐지전류가 유도 가능하도록 저항(106)이 더 마련된다.

저항(106)은 도선(101)의 양측 단부 영역에 각각 마련되어 스트링(102)을 따라 흐르는 전류가 도선(101) 측으로 유도되는 것을 일정 이상 제한하게 되며, 이에 따라 스트링(102) 상의 전류가 필요이상으로 도선(101) 측으로 유도되는 것을 일정 부분 제한하게 된다.

다음, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 휴대용 단선감지 확인단말(110)은 단선감지 전류인가유닛(100)의 탐지전류 인가를 통해 스트링(102)을 따라 흐르는 전류를 분석하여 복수의 태양전지패널(10) 사이의 전기적인 단선을 감지하기 위한 것으로서, 작업자가 휴대하면서 태양전지패널(10)에 비접촉 방식으로 근접하게 배치시키고 복수의 태양전지패널(10)의 스트링(102) 부위와 대응하도록 이동시키면서 단선 구간을 확인할 수 있다.

구체적으로, 휴대용 단선감지 확인단말(110)은 스트링(102)의 전류 인가시 스트링(102) 주변에 형성되는 주파수를 감지하기 위한 주파수 감지부(111)를 포함하고, 단선 구간 발생시 스트링(102) 주변에 형성되는 주파수 변동구간을 감지하여 단선 구간을 확인하게 된다. 예를 들면, 전기적인 통전이 이루어지는 구간에서는 전류 흐름에 따라 기설정된 정상적인 주파수가 검출될 것이지만 단선된 이후 구간에서는 그 주파수 진폭이 미약하거나 미검출될 수 있으므로, 작업자는 주파수 감지부(111)의 주파수 변동구간 감지를 통해 단선 구간을 쉽게 찾을 수 있게 된다.

또한 휴대용 단선감지 확인단말(110)은 전류 인가시 스트링(102) 주변에 형성되는 자계를 검출하기 위한 자계검출부(112)를 더 포함하고, 마찬가지로 단선구간 발생시 스트링(102) 주변에 형성되는 자계의 세기 변화를 감지하여 단선 구간을 확인하게 된다. 예를 들면, 자계 검출부(112)는 자계 검출 코일을 포함하고, 마찬가지로 전기적인 통전이 이루어지는 구간에서는 전류 흐름에 따라 기설정된 정도의 자계 세기가 검출될 것이지만 단선된 이후 구간에서는 그 자계 검출 세기가 미약하거나 미검출될 수 있으므로, 작업자는 자계 검출부(112)의 자계검출 변동구간 감지를 통해 단선 구간을 쉽게 찾을 수 있게 된다.

본 발명은 주파수 변동구간 감지를 통해서 단선 구간확인을 할 수 있지만 이에 더해서 자계 세기 변동을 추가적으로 감지해서 단선 구간 확인을 하도록 함으로써, 더욱 확실한 태양전지패널(10)간 단선을 확인할 수 있는 이점이 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 휴대용 단선감지 확인단말(110)은, 메모리(113), 비교부(114), 단선 판단부(115), 이상신호 발생부(116) 및 송신부(117)를 포함한다.

메모리(113)는 주파수 감지부(111)와 자계 검출부(112)에 의해 감지된 값이 수치화되어 저장된다.

비교부(114)는 메모리(113)에 기저장된 값과 주파수 감지부(111)와 자계 검출부(112)를 통해 실시간으로 감지되는 값을 비교한다.

단선 판단부(115)는 비교부(114)의 비교값을 전달받아 실질적으로 단선 구간이 발생했는지 여부를 판단하는 것으로서, 구체적으로 비교부(114)의 값을 기설정된 설정값과 비교한 후 설정 범위 이상의 차이가 발생하는 경우 단선 발생으로 판단하게 된다. 좀 더 부연하자면, 단선 판단부(115)는 비교부(114)의 값과 기설정값 차이가 설정 범위 미만인 경우에는 단선 발생으로 판단하지 않고 기타 환경적인 요인이나 점검 오차로 판단한다.

또한, 단선 판단부(115)는 주파수 감지부(111)와 자계 검출부(112)에 의해 감지된 주파수 변동이나 자계 세기변동 중 적어도 하나가 전술한 바와 같이 비교부(114)의 값과 기설정값 차이가 설정 범위 이상으로 판단되면 단선 발생으로 판단하도록 한다.

이상신호 발생부(116)는 단선 판단부(115)의 판단 결과에 따라 이상 신호를 선택적으로 발생하는 것으로서 단선구간이 발생한 것으로 확인되면 작업자에게 단선 발생 사실을 시각, 청각적인 효과를 이용하여 제공할 수 있으며, led, 스피커 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 휴대용 단선감지 확인단말(110)은 메모리(113)의 저장값, 단선 판단부(115)의 출력값을 관제센터의 관제서버(미도시) 또는 웹 서버(120)로 전송하는 송신부(117)를 더 포함한다. 송신부(117)는 LTE, Wifi 무선 통신망을 이용하여 상기한 값들을 웹 서버(120)로 전송할 수 있으며, 태양광 발전소 작업 현장에 직접적으로 위치하지 않은 다른 관리자(작업자)는 웹 서버(120)에 업로딩된 정보를 기반으로 태양전지패널의 단선 정보를 원거리에서도 쉽게 확인할 수 있게 된다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최 광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

10: 태양전지패널
100: 단선감지 전류인가유닛
101: 도선 102: 스트링
103: 전류제공부 104: 스위치
105: 스위치 제어부 106: 저항
110: 단선감지 확인단말 111: 주파수 감지부
112: 자계 검출부 113: 메모리
114: 비교부 115: 단선 판단부
116: 이상신호 발생부 117: 송신부
120: 웹 서버

Claims (3)

1. 상호 직렬로 연결되는 복수의 태양전지패널 사이의 단선을 감지하는 것으로,
   상기 복수의 태양전지패널 중 가장 일측에 위치한 태양전지패널의 양극 단자와 가장 타측에 위치한 태양전지패널의 음극 단자 사이를 도선으로 연결하며, 상기 도선과 복수의 태양전지패널을 서로 연결하는 스트링으로 탐지전류를 인가하되, 상기 도선에 마련되어 탐지전류 인가 상태를 선택적으로 온오프 가능한 스위치(104)와, 상기 스위치 구동을 온오프 제어하는 스위치 제어부(105)를 포함하는 단선감지 전류인가유닛; 및
   상기 탐지전류 인가를 통해 상기 스트링을 따라 흐르는 전류를 분석하고 주파수 변동구간 감지를 통해 복수의 태양전지패널 사이의 전기적인 단선을 감지하기 위한 주파수 감지부를 구비하는 휴대용 단선감지 확인단말을 포함하는
   태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 스위치 제어부는 원격 무선신호를 전달받아 상기 스위치의 구동을 제어하는 것으로서, 원거리에서 송신된 스위치 동작 무선신호를 수신하는 무선신호 수신부; 및
   상기 무선신호 수신부의 신호를 전달받아 스위치의 온오프를 구동하는 스위치구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는
   태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 휴대용 단선감지 확인단말은
   상기 스트링 주위에 발생하는 자계를 검출하여 복수의 태양전지패널 사이의 전기적인 단선을 감지하기 위한 자계 검출부;
   상기 주파수 감지부와 자계 검출부에 의해 감지된 값이 수치화되어 저장되는 메모리;
   상기 메모리에 기저장된 값과 상기 주파수 감지부와 자계 검출부를 통해 실시간으로 감지되는 값을 비교하는 비교부;
   상기 비교부의 비교값을 기설정된 설정값과 비교한 후 설정범위 이상의 차이가 발생하는 경우 단선발생으로 판단하는 단선 판단부; 및
   상기 단선 판단부의 판단 결과에 따라 이상 신호를 선택적으로 발생하는 이상신호 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는
   태양광 발전모듈 스트링의 단선 검출장치.