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KR101630449B1 - 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 모니터링 시스템 - Google Patents

자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 모니터링 시스템 Download PDF

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KR101630449B1
KR101630449B1 KR1020160022644A KR20160022644A KR101630449B1 KR 101630449 B1 KR101630449 B1 KR 101630449B1 KR 1020160022644 A KR1020160022644 A KR 1020160022644A KR 20160022644 A KR20160022644 A KR 20160022644A KR 101630449 B1 KR101630449 B1 KR 101630449B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power generation
line
junction box
input
magnetic sensor
Prior art date
Application number
KR1020160022644A
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English (en)
Inventor
고휴환
Original Assignee
주식회사 대은계전
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 주식회사 대은계전 filed Critical 주식회사 대은계전
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Publication of KR101630449B1 publication Critical patent/KR101630449B1/ko

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Abstract

게시되는 기술은 복수의 태양광 발전 모듈 각각에 설치되는 정션박스에 연결되어 태양광발전 모듈의 발전 상태를 모니터링 하는 장치에 있어서, 상기 정션박스의 입출력 선로에 각각 연결되는 분기라인, 상기 입출력 선로와 상기 분기라인을 전기적으로 접속하되, 상기 선로의 전류 방향에 대하여 상기 분기라인과 상기 입출력 선로가 만나는 분기점을 지난 선로 상에 일측이 접속되는 'ㄱ'자 전원접속날, 전류 방향에 대하여 상기 분기점 이전의 상기 입출력 선로 상에 각각 설치되어 상기 선로의 전류에 따른 자기장을 감지하는 자기센서, 상기 자기센서와 각각 연결되어 감지 정보를 입력받고 이를 송신하는 회로기판을 포함하는 복수의 정션박스 커넥터, 상기 복수의 정션 박스 커넥터로부터 감지 정보를 수신하여 각 태양광발전 모듈의 전류감도를 측정하고, 상기 각 태양광발전 모듈의 고장여부를 판단하는 제어부, 상기 각 태양광발전 모듈의 시간대별 발전량을 기록하는 데이터베이스, 및 상기 제어부에서 상기 고장여부에 따른 정보를 포함하는 제 1 데이터 및 상기 데이터베이스에서 상기 시간대별 발전량을 기록함에 따른 제 2 데이터를 추출하여 일사량 대비 태양광 발전량에 대한 정보를 관리자 단말기로 전송하는 PLC 기반의 간이서버를 포함하는 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 모니터링 장치를 제공한다.

Description

자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 모니터링 시스템{SYSTEM FOR INTELLIGENT SOLAR MONITORING USING MAGNETIC SENSOR}
개시된 기술은 자기장을 감지하여 태양광발전 모듈의 동작상태를 모니터링하는 지능형 태양광발전 모니터링 시스템에 관한 것이다.
태양광발전은 청정 에너지인 태양광을 지속적으로 이용할 수 있다는 측면에서 사회적, 경제적으로 그 중요성이 부각되고 있다. 따라서 각계 각층에서 태양광발전에 대한 인식이 개선되어 감에 따라 투자 및 연구개발이 지속적으로 이루어지고 있는 실정이다.
태양의 광에너지를 전기로 변환하는 태양광 발전 모듈(이하, 간단히 "모듈"이라고 하는 경우가 있음)에는, 그 전기를 유용한 형태로 취출하기 위해 모듈 간의 케이블을 접속하기 위한 정션 박스나 커넥터가 모듈마다 설치되어 있다. 정션 박스 내에는 바이패스 다이오드 등이 배치되어 있으며, 태양광 발전 모듈의 표면에 부분적인 그림자가 발생하거나 전지 셀의 고장으로 인해 모듈의 출력이 저하되는 경우에도 그 영향을 최소한으로 억제하는 연구가 이루어지고 있다.
한편, 이러한 태양광발전에 있어서 핵심적인 이슈는 단순히 일사량에 따라 얼마나 많이 에너지를 만들어낼 수 있는지도 있겠으나 태양광발전 시설을 효율적으로 무리없이 운영하는 것 또한 하나의 이슈가 되고 있다.
통상의 태양광발전 시스템의 경우 태양광을 가능한 한 많이 장시간동안 수집할 수 있도록 외부에 완전히 노출된 장소에 태양전지가 배치된다. 예컨대, 건물의 지붕이나 넓은 평야지대에 설치되는 것이 바람직하다.
그러나 이와 같은 태양광 발전 시스템은 태양전지가 자연환경에 고스란히 노출된 상태로 장시간 동안 이용되기 때문에 이물질과 같은 방해요인이 태양광발전의 효율을 저해하는 원인으로 작용하게 될 가능성이 있다. 예컨대, 태양전지판 위에 낙엽이나 눈이 쌓여서 부정합이 발생하여 태양광발전을 수행해야 할 모듈이 오히려 부하처럼 동작하는 사례가 발생할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 태양전지에 광수집의 효율을 저해하는 이물질이 생성된 경우 단순히 발전효율이 저해되는 것 뿐만 아니라 태양광발전 시스템이 오동작하게 되는 경우가 발생할 수 있어서 단순히 태양광을 수집함에 따른 에너지 발전량이 얼마인지를 감시할 뿐만 아니라 이러한 문제상황에 대비할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
태양광발전 모듈의 이상여부를 감지하는 태양광발전 시스템에 대한 종래기술로는 한국 등록특허 제10-1360401호 (발명의 명칭 : 자기진단 기능을 구비한 태양광 발전시스템)가 있다.
대한민국 등록 특허 제10-1360401호
개시된 기술은 자기장을 감지함에 따라 태양광발전 모듈의 동작상태를 감지하고, 주기별로 데이터베이스에 저장되는 시간대별 태양광 발전량을 모니터링 하는 시스템을 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 개시된 기술의 제 1 측면은 복수의 태양광 발전 모듈 각각에 설치되는 정션박스에 연결되어 태양광발전 모듈의 발전 상태를 모니터링 하는 시스템에 있어서,
상기 정션박스의 입출력 선로에 각각 연결되는 분기라인; 상기 입출력 선로와 상기 분기라인을 전기적으로 접속하되, 상기 선로의 전류 방향에 대하여 상기 분기라인과 상기 입출력 선로가 만나는 분기점을 지난 선로 상에 일측이 접속되는 'ㄱ'자 전원접속날; 전류 방향에 대하여 상기 분기점 이전의 상기 입출력 선로 상에 각각 설치되어 상기 선로의 전류에 따른 자기장을 감지하는 자기센서; 상기 자기센서와 각각 연결되어 감지 정보를 입력받고 이를 송신하는 회로기판을 포함하는 복수의 정션박스 커넥터;
상기 복수의 정션 박스 커넥터로부터 감지 정보를 수신하여 각 태양광발전 모듈의 전류감도를 측정하고, 상기 각 태양광발전 모듈의 고장여부를 판단하는 제어부;
상기 각 태양광발전 모듈의 시간대별 발전량을 기록하는 데이터베이스; 및
상기 제어부에서 상기 고장여부에 따른 정보를 포함하는 제 1 데이터 및 상기 데이터베이스에서 상기 시간대별 발전량을 기록함에 따른 제 2 데이터를 추출하여 일사량 대비 태양광 발전량에 대한 정보를 관리자 단말기로 전송하는 PLC 기반의 간이서버;를 포함하는 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 모니터링 시스템을 제공하는데 있다.
개시된 기술의 실시 예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시 예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
개시된 기술의 일 실시예에 따르면 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 시스템 및 방법은 일사량 대비 태양광 발전량을 시간대별로 모니터링하여 태양광발전 모듈의 발전 효율을 관리자의 단말기를 통해 원격으로 확인하는 장점을 제공한다.
또한, 태양광 발전 모듈에 발생할 수 있는 부정합을 감지하고 관리자 단말기에 실시간으로 해당 정보를 전송하여 즉각 대처할 수 있는 장점을 제공한다.
또한, 정션 박스 커넥터를 이용하여 자기센서의 민감도 및 신뢰성을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 태양광 발전 모듈에 연결하기 위한 별도의 공간 및 부품을 요구하지 않아 공간적 제약으로부터 자유로운 장점이 있다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 시스템에 대한 블록도이다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 개시된 기술에서 부정합이 발생하는 사례를 나타낸 도면이다.
도 4는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 정션 박스 커넥터를 나타낸 도면이다.
도 5는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 정션 박스 커넥터를 나타낸 도면이다.
도 6 은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 정션 박스 커넥터의 회로기판을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7 은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 정션박스 커넥터 브라켓을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 분해사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다.
그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 시스템에 대한 블록도이고, 도 2는 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 모니터링 방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 태양광 발전 시스템에서 부정합이 발생하는 사례를 나타낸 도면이고, 도 4 및 5는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 정션 박스 커넥터를 나타낸 도면이고, 도 6 은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 정션 박스 커넥터의 회로기판을 나타낸 도면이고, 도 7 및 8은 기술의 일 실시예에 따른 정션 박스 커넥터의 브라켓을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 모니터링 시스템은 태양광 모듈의 정션박스(500)에 결합하여 태양광 발전을 모니터링하는 정션 박스 커넥터(300)를 포함한다.
도 4 및 5에 도시되는 바와 같이, 정션 박스 커넥터(300)는 정션 박스(500)의 '+' '-' 선로(351,352)에 직접 연결된다. 정션 박스 커넥터(300)를 상세히 나타낸 도면으로 이하 도면을 참조하여 정션 박스 커넥터(300)의 구성을 설명하기로 한다.
정션 박스 커넥터(300)는 정션 박스(500)의 '+' 선로(351)와 정션 박스(500)의 '-' 선로(352)에 연결된다. 정션 박스 커넥터(300)는 '+' 선로(351)에서 분기되는 분기 라인(353), '+' 선로(351)와 분기 라인(353)을 전기적으로 접속하는 'ㄱ'자 전원 접속날(340), '+' 선로(351)와 분기 라인(353)을 하우징하는 정션 박스 커넥터 브라켓(330), '+' 선로(351)의 'ㄱ' 자 전원 접속날(340)이 연결되지 않은 분기 전의 '+' 선로(351) 상에 설치되는 제1 자기센서(310), '-' 선로(352)에서 분기되는 분기 라인(354), '-' 선로(352)와 분기 라인(354)의 전원을 연결하는 'ㄱ'자 전원 접속날(340), '-' 선로(352)와 분기 라인(354)을 하우징하는 정션 박스 커넥터 브라켓(330), '-' 선로(352)의 'ㄱ' 자 전원 접속날(340)이 연결되지 않은 분기 전의 '-' 선로(352) 상에 설치되는 제2 자기센서(311), 상기 제1 자기센서(310), 제2 자기센서(311)와 연결되어 감지 정보를 입력받고 상기 분기 라인(354)에 각각 연결되어 전압 정보를 입력받는 회로기판(320)을 포함한다.
'ㄱ'자 전원 접속날(340)은 'ㄱ'자 형상으로 선로(351,352)를 구성하는 케이블에 결합하여 케이블의 피복을 벗기지 않고 전기적 접속을 이룰 수 있도록 한다. 'ㄱ'자 전원 접속날(340)은 'ㄱ'자 형상으로 90°로 연결되는 분기 라인(353,354)을 선로(351,352)에 전기적으로 접속한다. 전원 접속날(340)은 전류 방향에서 분기점을 지난 위치에 배치되도록 선로(351,352)와 결합한다. 즉, 전원 접속날(340)이 'ㄱ'자 형상이므로 정션 박스(500)로 전류가 들어가는 '+' 선로(351)는 분기라인(353)과 연결되는 분기점이 이후의 선로(351')에 전원 접속날(340)이 접속된다. 정션 박스(500)에서 전류가 나오는 '-' 선로(351)는 전류 방향에서 분기라인(354)과 연결되는 분기점 이후의 선로(352')에 전원 접속날(340)이 접속된다.
제1 자기센서(310)는 정션 박스로 들어가는 선로인 '+' 선로(351)가 분기 라인(353)과 연결되기 전의 위치(351)에 설치되고, 제2 자기센서(311)는 정션 박스에서 나오는 선로인 '-' 선로(352)가 분기 라인(354)과 연결되기 전의 위치(352)에 설치된다. 자기센서(310,311)는 전원 접속날(340)이 접속되지 않은 선로 상에 설치되어 전원 라인 형성에 따른 신호 드롭 현상을 제거함으로써 자기센서(310,311)의 민감도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 6에 도시되는 바와 같이, 분기라인(353,354)은 각각 회로기판(320)에 연결되어 전압 정보를 인가하게 된다. 제1 자기센서(310)와 제2 자기센서(311)는 각각 회로기판(320)에 연결되어 선로 상에 흐르는 전류 정보를 인가하게 된다. 회로기판(320)은 자기센서모듈을 포함하여 자기센서에서 나온 신호를 증폭하여 판독할 수 있는 신호로 변환하여 cpu 모듈에 전달한다. 자기센서모듈은 정션박스(500)로 들어가는 선로에 설치되는 제1자기센서(310)와 나오는 선로에 설치되는 제2자기센서(311)로부터 각각 전류 정보를 인가 받아 계측점이 추가되므로 계측의 신뢰성이 보정된다. 정션박스(500)로 들어가는 전류값과 정션 박스(500)를 거쳐서 나오는 선로의 전류값을 각각 입력 받으므로 발전량을 연산할 수 있게 된다. 회로기판(320)은 전압 계측 모듈을 포함하여 분기라인(353,354)과 연결되어 정션 박스(500)로부터 전압정보를 수치화하여 송신 모듈을 통해 plc로 전달할 수 있도록 한다. 또한, 전압 계측 모듈에 연결된 분기라인(353,354)으로부터의 DC 전원은 회로기판(320)의 전원부에 전달하여 계측에 필요한 전원이 공급되도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른 지능형 태양광발전 모니터링 장치는 자기센서에 의해 정션박스마다 입출력 전류와 전압을 계측하여 고장 유무를 판독하며 운영자가 상태 정보를 알 수 있도록 한다.
한편, 도 7 및 8은 선로(351,352)와 분기라인(353,354) 및 이들을 접속하는 전원접속날(340)을 하우징하는 'T'자형 브라켓(330)을 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 'T'자형 브라켓(330)은 선로(351), 선로(351)와 직각으로 연결되는 분기라인(353)을 하우징하도록 케이블이 안착될 수 있는 홈부를 포함한다. 'ㄱ'자 전원접속날(340)이 분기점을 중심으로 선로(351)의 일측에 접속하도록 배치된다. 도면번호 331은 브라켓(330)을 커버하는 커버를 나타낸다.
상기와 같이 구성되는 정션 박스 커넥터(300)를 포함하는 지능형 태양광발전 시스템을 이하에서 도 1 내지 3을 참고하여 설명하기로 한다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 시스템에 대한 블록도이다. 도 1 을 참조하면 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 시스템은 복수개의 선로 각각에 배치되어 선로에 발생하는 자기장을 감지하는 복수개의 자기센서(110), 상기 복수개의 자기센서로부터 감지된 정보를 수신하여 각 태양광발전 모듈의 전류감도를 측정하고, 상기 각 태양광발전 모듈의 고장여부를 판단하는 제어부(120), 상기 각 태양광발전 모듈의 시간대별 발전량을 기록하는 데이터베이스(130) 및 상기 제어부에서 상기 고장여부에 따른 정보를 포함하는 제 1 데이터 및 상기 데이터베이스에서 상기 시간대별 발전량을 기록함에 따른 제 2 데이터를 추출하여 일사량 대비 태양광 발전량에 대한 정보를 관리자 단말기로 전송하는 PLC 기반의 간이서버(140)를 포함한다.
복수개의 자기센서(110)는 태양광발전 시스템의 복수개의 선로 각각에 배치된다. 일반적으로 태양광발전 시스템은 복수개의 태양전지들을 이용하여 태양광발전을 수행한다.
일 실시예로, 태양광발전 시스템은 하나의 대형 전지판에 복수개의 태양전지를 배치하거나 각각 따로 배치하여 태양광발전을 수행할 수 있다. 전자의 경우 일반적인 형태의 태양광발전 모듈이고, 후자는 시간대별로 태양광이 조사되는 양 및 각도를 고려하여 그에 맞게 태양전지판의 각도를 서로 다르게 하여 낱개로 배치한 태양광발전 모듈이다.
한편, 상기 태양광발전 모듈은 수집된 태양광을 직류전기로 변환하고 필요에 따라 교류전기로 한번 더 변환하거나 시스템을 통해 전력을 공급해야하는 지역으로 전송하게 된다.
상술한 태양광 발전 시스템은 청정에너지인 태양광을 이용하여 손쉽게 전기에너지를 수급할 수 있다는 점에서 각광받고 있으나 몇가지 단점 또한 가지고 있다. 가장 대표적으로 일사량에 의존하는 구조로 인하여 태양광이 원활하게 공급되지 않으면 발전효율이나 출력이 불안정해지는 문제가 있다.
이러한 문제점에 착안하여 종래의 지능형 태양광발전 시스템은 날씨와 같은 환경적인 변화라면 대처할 수 있는 방법이 딱히 없으므로 이러한 경우는 제외하더라도 낙엽이나 눈과 같은 이물질이 태양전지를 덮어서 문제가 발생하는 상황이 일어나지 않도록 물뿌리개나 청소가 가능한 유닛을 별도로 배치하여 이용하고 있다.
그러나 이러한 경우 오히려 유지보수적인 측면에 있어서 비효율적인 경우가 발생할 수 있다. 예컨대, 태풍과 같은 자연재해로 인해 유닛이 파손될 수 있다. 따라서, 개시된 기술에서는 자연환경이나 인위적인 이물질로 인하여 태양광발전 모듈이 비정상적인 상태로 동작하는 것을 방지하고 태양광발전 시스템을 관리자 단말기를 통해 항시 모니터링하여 시스템이 정상적으로 가동되고 있는지 파악하고자 한다.
한편, 복수개의 자기센서(110)는 전술한 정션박스 커넥터(300)에 포함되는 자기센서(310,311)를 나타낸다. 자기센서(110)는 정션박스(500)의 입출력 선로에 형성되는 자기장을 감지한다. 직접적으로 태양광발전 모듈의 전압 및 전류를 감지할 수도 있겠으나 직접적으로 전압 및 전류를 감지한다면 상기 태양광발전 모듈로부터 영향을 받게 되어 감지결과가 부정확할 수 있으므로 개시된 기술에서는 상기 태양광발전 모듈로부터 감지결과에 영향을 받지 않도록 자기센서를 이용한다.
한편, 상기 자기센서(110)는 상기 정션 박스에 연결되는 정션 박스 커넥터(300)에 배치되므로, 태양광발전 모듈의 전압 및 전류에 대한 영향을 받지 않되 상기 태양광발전 모듈의 전압 및 전류가 정상적인 범주에 속하는지 정확하게 판단할 수 있도록 정션 박스 커넥터(300)에서 선로(351,352)에 형성되는 자기장을 감지한다.
상기 자기센서(110)를 이용하면 전류가 도선에 흐름에 따라 발생되는 전자기장을 감지할 수 있으므로 상기 전자기장의 세기를 근거로 태양광발전 모듈의 동작의 동작상태를 판단하는 것이 가능하다.
한편, 상기 자기센서(110)는 복수개의 선로 각각에 배치된다. 즉, 복수개의 태양광발전 모듈을 이용하여 태양광발전을 수행하는 태양광발전 시스템에서 어느 하나의 태양광발전 모듈 내지는 태양전지에 이상이 생기는 것을 감지하기 위해서 상기 자기센서(110)를 각 선로 마다 배치한다.
제어부(120)는 상기 복수개의 자기센서(110)로부터 감지된 정보를 수신하여 각 태양광발전 모듈의 전류감도를 측정한다. 그리고 전류감도를 토대로 상기 각 태양광발전 모듈의 고장여부를 판단한다.
상기 제어부(120)는 상기 복수개의 자기센서(110)로부터 자기장 감지 정보를 수신한다. 그리고 수신된 자기장 감지 정보를 토대로 태양광발전 모듈의 전류감도를 측정한다. 상기 전류감도는 사전에 PLC를 통해 입력된 데이터를 토대로 계산할 수 있다.
한편, 상기 제어부(120)는 상기 태양광발전 모듈의 부정합을 감지하고, 상기 부정합이 감지됨에 따라 상기 태양광발전 모듈의 전류를 우회시킨다.
앞서 언급한 바와 같이 어떤 지능형 태양광발전 시스템이라고 할지라도 자연환경의 변화에 따른 일사량 자체를 극복할 수는 없지만, 개시된 기술에서는 자연환경이나 인위적인 요인에 의해 발생할 수 있는 태양광발전 효율 저하를 시스템적인 측면에서 충분히 극복하는 것이 가능하다.
다만, 자동으로 이물질을 즉각 제거하는 별도의 장치를 구비하는 것이 아니므로 구름에 가려지거나 이물질이 덮인 특정 태양광발전 모듈이 얼마간 비효율적인 상태에서 동작하거나 또는 원래의 의도와는 다르게 오동작하는 상황이 발생할 수 있다. 일 실시예로, 구름이나 이물질에 의해 복수개의 태양광발전 모듈 중 어느 하나에 부정합이 발생하여 해당 태양광발전 모듈이 마치 부하처럼 동작할 수 있다.
아래의 도 3은 개시된 기술에서 부정합이 발생하는 사례를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면 복수개의 태양광발전 모듈을 이용하여 태양광발전을 수행하는데 있어서 적어도 하나의 태양광발전 모듈에 부정합이 발생됨에 따라 해당 태양광발전 모듈을 바이패스시키는 것을 확인할 수 있다.
이상적인 환경이라면 자연환경을 제외하고는 다른 인위적인 요인에 의해 태양광발전의 효율이 저해되지 않는 환경에서만 태양광발전을 수행하는 것이 바람직하겠으나 실제 태양광발전을 수행하는 환경은 그렇지 않은 경우가 다수 존재한다. 예컨대, 지붕 위에 태양전지를 부착하여 태양광발전을 수행한다 하더라도 인근에 고층빌딩으로 인해 지붕 한쪽에 배치된 태양전지가 그림자에 가려지는 상황이 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 상황에 대처하고자 태양광발전 모듈의 전류를 우회시키는 바이패스 다이오드가 포함된다. 그리고 유사시 상기 바이패스 다이오드를 이용하여 전류를 우회시켜서 태양광발전 모듈이 오동작하는 상황을 방지한다.
상기 정션 박스 커넥터에 따르면 전류방향을 기준으로 자기센서(310,311)를 배치하고, 자기센서(310,311)로부터 받은 신호를 회로기판(320)을 통해 제어부(120)로 전송하는 것을 확인할 수 있다. 당연하게도 상기 신호는 PLC를 통해 송수신이 가능한 형태의 신호를 의미한다.
데이터베이스(130)는 상기 각 태양광발전 모듈의 시간대별 발전량을 기록한다. 개시된 기술에 따른 지능형 태양광발전 시스템은 소정의 데이터베이스(130)를 포함한다. 상기 데이터베이스(130)는 별도의 저장 매체를 이용할 수도 있겠으나 바람직하게는 PLC를 이용하여 상기 태양광발전 모듈의 시간대별 발전량을 기록한다.
한편, 상기 데이터베이스(130)는 PLC를 통해 입력된 시간대 또는 주기에 따라 태양광발전 모듈의 발전량을 기록한다. 예컨대, 매시 정각마다 태양광발전 모듈의 발전량을 저장할 수 있다.
한편, PLC 기반의 간이서버(140)는 상기 제어부(120)에서 상기 고장여부에 따른 정보를 포함하는 제 1 데이터 및 상기 데이터베이스(130)에서 상기 시간대별 발전량을 기록함에 따른 제 2 데이터를 추출하여 일사량 대비 태양광 발전량에 대한 정보를 관리자 단말기로 전송한다.
앞서 제어부(120)는 자기센서(110)로부터 수신한 정보를 토대로 태양광발전 모듈의 전류감도를 측정한다. 따라서, 제어부(120)는 측정된 전류감도를 토대로 상기 태양광발전 모듈의 고장여부를 판단할 수 있으므로 이러한 정보를 제 1 데이터라고 한다.
한편, 상기 데이터베이스(130)는 시간대별로 태양광발전 모듈의 발전량을 기록하고 있으므로 이러한 정보를 제 2 데이터로 상기 PLC 기반의 간이서버(140)에 전송한다.
상기 PLC 기반의 간이서버(140)에서는 상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터를 수신하여 두 데이터를 토대로 태양광발전 모듈의 일사량 대비 태양광 발전량에 대한 정보를 생성한다.
일 실시예로, 관리자는 사전에 일사량에 따른 적정 발전량에 대한 정보를 PLC 기반의 간이서버(140)에 입력한다. 그리고 상기 PLC 기반의 간이서버(140)에 제 1 데이터 및 제 2 데이터를 이용하여 일사량 대비 태양광 발전량의 정도를 파악하고 기 입력된 적정 발전량과 비교하여 현재 태양광발전 모듈이 정상적으로 동작하고 있는지 판단하는 것이 가능하다.
한편, 상기 관리자 단말기는 스마트 단말기를 포함한다. 관리자는 상기 스마트 단말기에 탑재된 터치스크린을 통해 상기 일사량 대비 태양광 발전량에 대한 정보를 확인할 수 있다. 역으로 상기 터치스크린을 이용하여 PLC 기반의 간이서버(140)에 제어 신호를 보낼 수 있다. 이 경우, 상기 PLC 기반의 간이서버(140)와 통신 및 데이터를 송수신할 수 있는 전용 어플리케이션을 이용할 수도 있다. 따라서 관리자는 관리자 단말기를 통해 지능형 태양광발전 시스템이 어떤 상태로 동작하고 있는지 파악하고 문제가 발생할 경우 신속히 대처할 수 있는 효과가 있다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 모니터링 방법에 대한 순서도이다. 도 2를 참조하면 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 모니터링 방법은 복수개의 자기센서를 복수개의 선로 각각에 배치하여 선로에 발생하는 자기장을 감지하는 단계(210), 제어부가 상기 복수개의 자기센서로부터 감지된 정보를 수신하여 각 태양광발전 모듈의 전류감도를 측정하고, 상기 각 태양광발전 모듈의 고장여부를 판단하는 단계(220), 데이터베이스가 상기 각 태양광발전 모듈의 시간대별 발전량을 기록하는 단계(230) 및 PLC 기반의 간이서버가 상기 고장여부에 따른 정보를 포함하는 제 1 데이터 및 상기 시간대별 발전량을 기록함에 따른 제 2 데이터를 추출하여 일사량 대비 태양광 발전량에 대한 정보를 관리자 단말기로 전송하는 단계(240)를 포함한다.
210 단계에서 복수개의 자기센서는 복수개의 선로 각각에 배치되어 선로에 발생하는 자기장을 감지한다. 상기 복수개의 자기센서는 태양전지에 연결되는 정션 박스의 선로에 배치된다. 그리고 상기 선로에 형성되는 자기장을 감지한다.
직접적으로 태양광발전 모듈에 다른 종류의 센서를 연결하여 전압 및 전류를 감지할 수도 있겠으나 직접적으로 전압 및 전류를 감지한다면 상기 태양광발전 모듈로부터 영향을 받게 되어 감지결과가 부정확할 수 있으므로 개시된 기술에서는 상기 태양광발전 모듈로부터 감지결과에 영향을 받지 않도록 자기센서를 이용한다.
한편, 210 단계에서 상기 자기센서는 상기 정션 박스(500)에 연결되는 정션 박스 커넥터(300)에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 태양광발전 모듈의 전압 및 전류에 대한 영향을 받지 않되 상기 태양광발전 모듈의 전압 및 전류가 정상적인 범주에 속하는지 정확하게 판단할 수 있도록 정션 박스 커넥터(300)에서 상기 선로(351,352)에 형성되는 자기장을 감지한다.
이러한 자기센서를 이용하면 전류가 도선에 흐름에 따라 발생되는 전자기장을 감지할 수 있으므로 상기 전자기장의 세기를 근거로 태양광발전 모듈의 동작의 동작상태를 판단하는 것이 가능하다.
한편, 상기 자기센서는 복수개의 선로에 각각 배치된다. 즉, 복수개의 태양광발전 모듈을 이용하여 태양광발전을 수행하는 태양광발전 시스템에서 어느 하나의 태양광발전 모듈 내지는 태양전지에 이상이 생기는 것을 감지하기 위해서 상기 자기센서를 각 선로 마다 배치한다.
220 단계에서 제어부는 상기 210 단계에서 감지된 정보를 자기센서로부터 수신하여 각 태양광발전 모듈의 전류감도를 측정한다. 그리고 전류감도를 토대로 상기 각 태양광발전 모듈의 고장여부를 판단한다.
상기 제어부는 상기 복수개의 자기센서로부터 자기장 감지 정보를 수신한다. 그리고 수신된 자기장 감지 정보를 토대로 태양광발전 모듈의 전류감도를 측정한다. 상기 전류감도는 사전에 PLC를 통해 입력된 데이터를 토대로 계산할 수 있다.
한편, 상기 제어부는 상기 태양광발전 모듈의 부정합을 감지하고, 상기 부정합이 감지됨에 따라 상기 태양광발전 모듈의 전류를 우회시킨다. 앞서 언급한 바와 같이 어떤 지능형 태양광발전 시스템이라고 할지라도 자연환경의 변화에 따른 일사량 자체를 극복할 수는 없지만, 개시된 기술에서는 자연환경이나 인위적인 요인에 의해 발생할 수 있는 태양광발전 효율 저하를 시스템적인 측면에서 충분히 극복하는 것이 가능하다.
다만, 자동으로 이물질을 즉각 제거하는 별도의 장치를 구비하는 것이 아니므로 구름에 가려지거나 이물질이 덮인 특정 태양광발전 모듈이 얼마간 비효율적인 상태에서 동작하거나 또는 원래의 의도와는 다르게 오동작하는 상황이 발생할 수 있다. 일 실시예로, 구름이나 이물질에 의해 복수개의 태양광발전 모듈 중 어느 하나에 부정합이 발생하여 해당 태양광발전 모듈이 마치 부하처럼 동작할 수 있다.
앞서 도 3을 통해 설명한 바와 같이 개시된 기술에서는 부정합이 발생됨에 따라 특정 태양광발전 모듈의 전류를 바이패스시키고 있으므로 오동작 내지는 태양광발전 효율 저해를 방지하는 것이 가능하다.
한편, 정션박스(500)는 이러한 상황에 대처하고자 태양광발전 모듈의 전류를 우회시키는 바이패스 다이오드를 포함한다. 그리고 유사시 상기 바이패스 다이오드를 이용하여 전류를 우회시켜서 태양광발전 모듈이 오동작하는 상황을 방지한다.
또한, 상기 제어부(120)는 정션 박스 커넥터(300)로부터 계측 신호를 전달받는다. 상기 정션 박스 커넥터(300)는 정션 박스(500)의 양단에 서로 반대 방향으로 접속된다. 앞서 도 4를 통해 설명한 바와 같이 전류방향을 기준으로 자기센서가 배치되고, 상기 자기센서로부터 받은 신호를 회로기판을 통해 제어부로 전송하는 것이 가능하다. 당연하게도 상기 신호는 PLC를 통해 송수신이 가능한 형태의 신호를 의미한다.
한편, 여기에서 상기 정션 박스 커넥터는 상기 정션 박스의 양단에 서로 반대되는 방향으로 접속한다. 도 5를 통해 도시되는 바와 같이 신호 드롭 현상을 방지하고자 전원 접속날을 반대 방향으로 형성된다. 이러한 구조에 따라 전원라인에서의 신호 드롭 현상을 방지하여 신호에 잡음이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 상기 정션 박스 커넥터는 상기 정션 박스의 양단에서 출력되는 전압을 계측하여 상기 제어부로 전송한다.
230 단계에서 데이터베이스는 상기 각 태양광발전 모듈의 시간대별 발전량을 기록한다. 개시된 기술에 따른 지능형 태양광발전 시스템은 소정의 데이터베이스를 포함한다. 상기 데이터베이스는 별도의 저장 매체를 이용할 수도 있겠으나 바람직하게는 PLC를 이용하여 상기 태양광발전 모듈의 시간대별 발전량을 기록한다.
한편, 상기 데이터베이스는 PLC를 통해 입력된 시간대 또는 주기에 따라 태양광발전 모듈의 발전량을 기록한다. 예컨대, 매시 정각마다 태양광발전 모듈의 발전량을 저장할 수 있다.
240 단계에서 PLC 기반의 간이서버는 상기 220 단계에서 제어부를 통해 획득된 태양광발전 모듈의 고장여부에 따른 정보를 포함하는 제 1 데이터 및 상기 230 단계에서 데이터베이스를 통해 획득된 태양광발전 모듈의 시간대별 발전량을 기록함에 따른 제 2 데이터를 추출하여 일사량 대비 태양광 발전량에 대한 정보를 관리자 단말기로 전송한다.
앞서 제어부는 자기센서로부터 수신한 정보를 토대로 태양광발전 모듈의 전류감도를 측정한다. 따라서, 제어부는 측정된 전류감도를 토대로 상기 태양광발전 모듈의 고장여부를 판단할 수 있으므로 이러한 정보를 제 1 데이터라고 한다.
한편, 상기 데이터베이스는 시간대별로 태양광발전 모듈의 발전량을 기록하고 있으므로 이러한 정보를 제 2 데이터로 상기 PLC 기반의 간이서버에 전송한다.
240 단계에서 상기 PLC 기반의 간이서버는 상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터를 수신하여 두 데이터를 토대로 태양광발전 모듈의 일사량 대비 태양광 발전량에 대한 정보를 생성한다.
일 실시예로, 관리자는 사전에 일사량에 따른 적정 발전량에 대한 정보를 PLC 기반의 간이서버에 입력한다. 그리고 상기 PLC 기반의 간이서버에 제 1 데이터 및 제 2 데이터를 이용하여 일사량 대비 태양광 발전량의 정도를 파악하고 기 입력된 적정 발전량과 비교하여 현재 태양광발전 모듈이 정상적으로 동작하고 있는지 판단하는 것이 가능하다.
한편, 상기 관리자 단말기는 스마트 단말기를 포함한다. 관리자는 상기 스마트 단말기에 탑재된 터치스크린을 통해 상기 일사량 대비 태양광 발전량에 대한 정보를 확인할 수 있다. 역으로 상기 터치스크린을 이용하여 PLC 기반의 간이서버에 제어 신호를 보낼 수 있다. 이 경우, 상기 PLC 기반의 간이서버와 통신 및 데이터를 송수신할 수 있는 전용 어플리케이션을 이용할 수도 있다.
따라서 태양광발전 시스템이 지능적으로 복수개의 태양광발전 모듈의 동작상태를 감지하고 이상이 감지된 특정 태양광발전 모듈의 전류를 바이패스시켜서 태양광발전 효율을 증대시킴과 동시에 발전 효율을 저해하는 상황을 방지하고 관리자로 하여금 시스템을 원격에서 모니터링할 수 있는 장점을 제공한다.
개시된 기술의 일 실시예에 따른 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 시스템 및 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 기술의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
110,310,311 : 자기센서 120 : 제어부
130 : 데이터베이스 140 : PLC 기반 간이서버
210 : 자기장 감지 220 : 전류감도 측정
230 : 시간대별 발전량 기록 240 : 발전량에 대한 정보 전송
300 : 정션박스 커넥터 320 : 회로기판
330 : 정션박스 커넥터 브라켓 340 : 'ㄱ'자 전원접속날
351,352 : 선로 353,354 : 분기라인

Claims (4)

  1. 복수의 태양광 발전 모듈 각각에 설치되는 정션박스에 연결되어 태양광발전 모듈의 발전 상태를 모니터링 하는 시스템에 있어서,
    상기 정션박스의 입출력 선로에 각각 연결되는 분기라인; 상기 입출력 선로와 상기 분기라인을 전기적으로 접속하되, 상기 선로의 전류 방향에 대하여 상기 분기라인과 상기 입출력 선로가 만나는 분기점을 지난 선로 상에 일측이 접속되는 'ㄱ'자 전원접속날; 전류 방향에 대하여 상기 분기점 이전의 상기 입출력 선로 상에 각각 설치되어 상기 선로의 전류에 따른 자기장을 감지하는 자기센서; 상기 자기센서와 각각 연결되어 감지 정보를 입력받고 이를 송신하는 회로기판을 포함하는 복수의 정션박스 커넥터;
    상기 복수의 정션 박스 커넥터로부터 감지 정보를 수신하여 각 태양광발전 모듈의 전류감도를 측정하고, 상기 각 태양광발전 모듈의 고장여부를 판단하는 제어부;
    상기 각 태양광발전 모듈의 시간대별 발전량을 기록하는 데이터베이스; 및
    상기 제어부에서 상기 고장여부에 따른 정보를 포함하는 제 1 데이터 및 상기 데이터베이스에서 상기 시간대별 발전량을 기록함에 따른 제 2 데이터를 추출하여 일사량 대비 태양광 발전량에 대한 정보를 관리자 단말기로 전송하는 PLC 기반의 간이서버;를 포함하고,
    상기 분기라인은 상기 선로로부터 인가받은 DC 전원을 상기 회로기판에 인가하고,
    상기 회로기판은 상기 DC 전원을 이용하여 구동하고, 상기 DC 전원에 따라 상기 선로의 전압 정보를 상기 제어부로 송신하고,
    상기 제어부는 상기 회로기판에서 인가되는 상기 전압 정보를 이용하여 상기 태양광발전 모듈의 발전 현황을 판단하는 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 모니터링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 태양광발전 모듈의 부정합을 감지하고, 상기 부정합이 감지됨에 따라 상기 태양광발전 모듈의 전류를 우회시키는 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 모니터링 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
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