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KR101639940B1 - 태양광 발전 시스템의 pv 패널 감시 장치 및 방법 - Google Patents

태양광 발전 시스템의 pv 패널 감시 장치 및 방법 Download PDF

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KR101639940B1
KR101639940B1 KR1020150025879A KR20150025879A KR101639940B1 KR 101639940 B1 KR101639940 B1 KR 101639940B1 KR 1020150025879 A KR1020150025879 A KR 1020150025879A KR 20150025879 A KR20150025879 A KR 20150025879A KR 101639940 B1 KR101639940 B1 KR 101639940B1
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KR
South Korea
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panel
maximum power
circuit breaker
power point
abnormality
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김효성
Original Assignee
공주대학교 산학협력단
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Abstract

태양광 발전 시스템의 PV 패널에 고장이나 오류가 발생하거나 PV 패널 수광면에 음영이 발생하여 PV 패널 출력에 문제가 발생하는 경우, 신속하게 이를 감지하여 통보할 수 있는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치 및 방법이 개시된다. 상기 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치는, PV 패널과 상기 PV 패널이 최대 전력점에서 운전될 수 있도록 전력 흐름을 조정하는 전력 컨디셔닝 회로 및 상기 PV 패널과 상기 전력 컨디셔닝 회로를 상호 전기적으로 연결/차단하는 회로 차단기를 포함하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치로서, 상기 회로 차단기가 차단 상태에서 연결 상태로 전환된 것을 나타내는 신호를 입력 받고, 상기 회로 차단기가 연결 상태로 전환된 시점부터 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 지속적으로 검출한 신호를 입력 받는 데이터 취득부; 및 상기 데이터 취득부로부터 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 지속적으로 검출한 신호를 제공받아 상기 PV 패널의 최대 전력점을 산출하고, 상기 최대 전력점을 기반으로 상기 PV 패널의 이상 여부를 판단하는 정상 판단부를 포함한다.

Description

태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING PV PANEL}
본 발명은 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전 시스템의 PV 패널에 고장이나 오류가 발생하거나 PV 패널 수광면에 음영이 발생하여 PV 패널 출력에 문제가 발생하는 경우, 신속하게 이를 감지하여 통보할 수 있는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전 시스템은 크게 PV(PhotoVoltaic) 패널과 전력 컨디셔닝 시스템(PCS: Power Conditioning System)으로 구성된다. PV 패널은 태양광을 직류형태의 전기로 변환하는 기능을 하는 것으로 솔라셀 어레이, PV 패널, 태양광 모듈 등으로 지칭된다(본 명세서에서는 ‘PV 패널’이라는 용어로 통일하여 지칭하기로 함). 또한, 전력 컨디셔닝 시스템은 PV 패널에서 출력되는 직류 전력을 적절하게 조정하여 변환하는 역할을 한다.
전력 컨디셔닝 시스템의 중요한 역할 중 하나는 PV 패널에서 출력되는 전력이 최대 전력이 되도록 조정하는 최대 전력점 운전 기능이다.
현재까지 개발된 기술로는 PV 패널의 효율이 약 20% 정도로 낮은 수준에 머물고 있으며, PV 패널의 특성상 전류/전압 운전조건에 따라 출력 전력의 차이가 크게 변하게 된다. 이에 따라, 태양광 발전 시스템은 그 효율을 극대화 시킬 수 있는 운용이 요구된다.
PV 패널의 출력의 최대 전력점(Maximum Power Point: MPP)은 주변 온도 및 일사량에 따라 변동되므로 전력 컨디셔닝 시스템은 PV 패널 출력이 최대 전력을 유지하도록 운전 조건을 변경할 수 있는 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking: MPPT) 알고리즘을 채용하여 운전되어야 한다.
도 1은 전형적인 PV 패널의 I-V 출력 특성 및 P-V 출력 특성을 도시한 그래프이다. 도 1에 나타난 바와 같이, PV 패널의 출력 단자를 단락 시키는 경우에 PV 패널의 출력에는 단락전류(Isc)가 흐르며, PV 패널의 출력 단자를 개방시키는 경우 출력 전압은 최대값인 개방전압(Voc)이 된다. PV 패널의 출력 전력이 최대가 되는 운전점(MPP)은 개방 운전 및 단락 운전의 두 운전 조건 사이에 존재하며, 이 때 최대 전력 운전점에서 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류는 각각 Vmpp 및 Impp로 정의하며 이 때의 최대 전력인 Pmpp가 출력된다.
도 2는 전형적인 PV 패널의 일사랑에 따른 I-V 출력 특성을 도시한 그래프이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 일사량이 증가하면 그에 비례하여 PV 패널의 단락전류(Isc)가 증가한다. 도 2에서 최대 전력 운전점(MPP)은 일사량에 따른 I-V 특성 곡선 상에서 점으로 표시된다. 도 2에서 일사량이 변화함에 따라 I-V 특성곡선에서 최대 전력 운전점(MPP)이 변동되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 PV 패널의 발전 전력을 극대화하기 위해서는 변화하는 일사량의 크기에 따라 새로운 최대 전력 운전점(MPP)을 찾아야 함을 알 수 있다.
한편, 실재 PV 패널이 적용되는 환경은 개방된 외부 환경이므로 나뭇잎이나 흙먼지 또는 조류의 분뇨 등과 같은 오물에 의해 PV 패널의 수광면이 가려지거나 주변의 건축물 등에 의한 그림자에 의해 수광면에서 수광이 제대로 이루어지지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 본 명세서에서는 이러한 PV 패널 일부에서 수광이 제대로 이루어지지 못하는 외란을 ‘음영’이라는 용어로 통일하기로 한다.
도 3은 전형적인 PV 패널에 음영이 발생한 경우 다중 최대 전력점이 발생하는 예를 도시한 그래프이다. 도 3에 나타난 바와 같이, PV 패널의 수광면 일부에 음영이 발생한 경우 PV 패널의 I-V 특성곡선과 P-V 특성곡선은 왜곡되어 다중의 극대 전력점이 형성된다. 이러한 상황에서 통상적인 최대 전력 운전점 추종 제어를 하는 경우, 실재 최대 전력 운전점을 찾아 PV 패널을 운전하지 못하고, 도 3에 도시된 것과 같이 다중 극대 전력점 중 임의의 한 극대 전력점 위치에 갇혀서 운전하게 되어 실재의 정확한 최대 전력점에서의 운전이 수행되지 못하는 문제가 발생한다.
이와 같이, PV 패널의 수광면에 음영이 발생하여 다중 극대 전력점이 생성되거나 PV 패널 자체의 고장이나 동작 오류에 의해 정상적인 전력 출력이 이루어지지 못하는 경우, 태양광 발전 관리자는 이를 신속하게 감지하여 후속 조치를 실행하여야 한다. PV 패널에 대한 고장, 오류 또는 음영 발생을 신속하게 감지하지 못한 경우, 정상적인 최대 전력 운전점에서 PV 패널이 운전되지 못함으로써 태양광 발전 시스템의 전력 생산이 감소하게 되고 효율이 급격하게 저하되는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 태양광 발전 시스템의 PV 패널에 고장이나 오류가 발생하거나 PV 패널의 수광면에 음영이 발생하여 PV 패널 출력에 문제가 발생하는 경우, 신속하게 이를 감지하여 통보할 수 있는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
PV 패널과 상기 PV 패널이 최대 전력점에서 운전될 수 있도록 전력 흐름을 조정하는 전력 컨디셔닝 회로 및 상기 PV 패널과 상기 전력 컨디셔닝 회로를 상호 전기적으로 연결/차단하는 회로 차단기를 포함하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치에 있어서,
상기 회로 차단기가 차단 상태에서 연결 상태로 전환된 것을 나타내는 신호를 입력 받고, 상기 회로 차단기가 연결 상태로 전환된 시점부터 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 지속적으로 검출한 신호를 입력 받는 데이터 취득부; 및
상기 데이터 취득부로부터 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 지속적으로 검출한 신호를 제공받아 상기 PV 패널의 최대 전력점을 산출하고, 상기 최대 전력점을 기반으로 상기 PV 패널의 이상 여부를 판단하는 정상 판단부
를 포함하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로 차단기는 상기 PV 패널과 상기 전력 컨디셔닝 회로를 전기적으로 연결/차단하는 메인 스위치 및 상기 메인 스위치의 연결/차단 상태에 따라 상태가 결정되는 보조 접점을 포함하며, 상기 데이터 취득부는 상기 보조 접점으로부터 상기 차단 상태에서 연결 상태로 전환된 것을 나타내는 신호를 입력 받을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 데이터 취득부는 상기 회로 차단기가 연결 상태로 전환된 시점부터 상기 PV 패널의 출력 전압이 개방 운전 전압이 될 때까지 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 지속적으로 검출한 신호를 입력 받을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 정상 판단부는 상기 최대 전력점이 다중으로 나타나는 경우 상기 PV 패널에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 정상 판단부는 상기 최대 전력점이 사전 설정된 정상 범위에 존재하는지 않는 경우 상기 PV 패널에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 정상 판단부는 복수의 PV 패널에 대한 최대 전력점을 연산하며, 동일 시간 대에 운전을 개시한 상기 복수의 PV 패널의 최대 전력점을 상호 비교하고, 일 PV 패널에 대해 연산된 최대 전력점이 다른 복수의 PV 패널에 대해 연산된 최대 전력점과 사전 설정된 허용 오차 범위를 벗어나는 차이가 발생하는 경우 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
PV 패널과 상기 PV 패널이 최대 전력점에서 운전될 수 있도록 전력 흐름을 조정하는 전력 컨디셔닝 회로 및 상기 PV 패널과 상기 전력 컨디셔닝 회로를 상호 전기적으로 연결/차단하는 회로 차단기를 포함하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법에 있어서,
상기 회로 차단기가 차단 상태에서 연결 상태로 전환된 것을 나타내는 신호를 검출하는 단계;
상기 회로 차단기가 차단 상태에서 연결 상태로 전환된 것을 나타내는 신호를 검출한 시점부터 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 지속적으로 검출하는 단계;
상기 지속적으로 검출하는 단계에서 지속적으로 검출한 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 이용하여 상기 PV 패널의 최대 전력점을 산출하는 단계; 및
상기 최대 전력점을 기반으로 상기 PV 패널의 이상 여부를 판단하는 단계
를 포함하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회로 차단기는 상기 PV 패널과 상기 전력 컨디셔닝 회로를 전기적으로 연결/차단하는 메인 스위치 및 상기 메인 스위치의 연결/차단 상태에 따라 상태가 결정되는 보조 접점을 포함하며, 상기 신호를 검출하는 단계는 상기 보조 접점으로부터 상기 차단 상태에서 연결 상태로 전환된 것을 나타내는 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 지속적으로 검출하는 단계는 상기 회로 차단기가 연결 상태로 전환된 시점부터 상기 PV 패널의 출력 전압이 개방 운전 전압이 될 때까지 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 지속적으로 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 이상 여부를 판단하는 단계는 상기 최대 전력점이 다중으로 나타나는 경우 상기 PV 패널에 이상이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 이상 여부를 판단하는 단계는 상기 최대 전력점이 사전 설정된 정상 범위에 존재하는지 않는 경우 상기 PV 패널에 이상이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 이상 여부를 판단하는 단계는 복수의 PV 패널에 대한 최대 전력점을 연산하며, 동일 시간 대에 운전을 개시한 상기 복수의 PV 패널의 최대 전력점을 상호 비교하고, 일 PV 패널에 대해 연산된 최대 전력점이 다른 복수의 PV 패널에 대해 연산된 최대 전력점과 사전 설정된 허용 오차 범위를 벗어나는 차이가 발생하는 경우 이상이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 일반적인 태양광 발전 시스템에 기 적용된 회로 차단기의 동작을 검출하여 PV 패널의 동작을 감시하므로 PV 패널의 고장이나 오류를 검출하기 위해 별도의 추가적인 설비를 필요로 하지 않으며, 매일 태양광 발전 시스템이 운전을 개시하는 초기에 PV 패널의 상태를 조기 진단하여 대책을 강구할 수 있도록 함으로써 고장을 신속히 제거하고 연간 발전량의 증대를 도모할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 전형적인 PV 패널의 I-V 출력 특성 및 P-V 출력 특성을 도시한 그래프이다.
도 2는 전형적인 PV 패널의 일사랑에 따른 I-V 출력 특성을 도시한 그래프이다.
도 3은 전형적인 PV 패널에 음영이 발생한 경우 다중 최대 전력점이 발생하는 예를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법에서 PV 패널의 정상 여부를 판단하는 단계를 더욱 상세하게 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치를 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치는, PV 패널(11)과 PV 패널(11)이 최대 전력점에서 운전될 수 있도록 전력 흐름을 조정하는 전력 컨디셔닝 회로(13) 및 PV 패널(11)과 전력 컨디셔닝 회로(13)를 상호 전기적으로 연결/차단하는 회로 차단기(15)를 포함하는 태양광 발전 시스템에 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치는, 태양광 발전 시스템의 운전 개시 시 회로 차단기(15)의 메인 스위치(151)가 PV 패널(11)과 전력 컨디셔닝 회로(13)를 상호 전기적으로 연결하게 되는 경우 메인 스위치(151)의 동작을 따르는 보조 접점(153)으로부터 신호를 수신한 후 PV 패널(11)의 출력 전압 및 출력 전류를 취득하는 데이터 취득부(17)와, 데이터 취득부(17)에서 취득된 PV 패널(11)의 출력 전압 및 출력 전류를 입력 받아 PV 패널(11)의 최대 전력점을 산출하고 PV 패널(11) 동작의 정상 여부를 판단하는 정상 판단부(19)를 포함하여 구성될 수 있다.
PV 패널(11)은 태양광을 수광하여 전기 에너지를 생산하는 요소로서 주간에는 태양광을 수광하여 전력을 생산할 수 있지만 야간에는 전력 생산이 불가능하다. 따라서, PV 패널(11)은 회로 차단기(15)를 이용하여 전력 생산이 가능한 시간 대에 전력 컨디셔닝 회로(13)와 전기적 연결을 형성하고 전력 생산이 불가능한 시간 대에 전력 컨디셔닝 회로(13)와 전기적 연결을 차단하게 된다. 즉, 태양광 발전 시스템은 하루에 한 번 운전을 개시할 때 PV 패널(11)과 전력 컨디셔닝 회로(13)와의 전기적 연결을 형성하기 위해 회로 차단기(15)를 단락 상태가 되게 제어하고, 운전을 종료할 때 PV 패널(11)과 전력 컨디셔닝 회로(13)와의 전기적 연결을 차단하기 위해 회로 차단기(15)를 개방 상태가 되게 제어한다.
본 발명은 태양광 발전 시스템의 기본적인 회로구조에 별도의 추가 요소를 부가하지 않은 상태에서, 회로 차단기(15)에서 발생하는 신호를 이용하여 태양광 발전 시스템의 운전이 개시될 때 PV 패널(11)을 모니터링하고 그 상태를 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법을 도시한 흐름도이다. 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법에 대한 설명을 통해 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치의 동작 및 작용 효과에 대한 설명이 이루어질 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법은, PV 패널(11)과 전력 컨디셔닝 회로(13) 사이의 회로 차단기(15)로부터 신호를 검출하는 단계(S11)로부터 시작될 수 있다. 더욱 구체적으로, 단계(S11)은 회로 차단기(151)에 포함된 보조 접점(153)으로부터 메인 스위치(151)가 단락 상태임을 알리는 신호를 검출하는 단계일 수 있다.
일반적으로, 회로 차단기(151)는 두 요소간 전력 흐름이 이루어지는 도선의 전기적 연결을 형성하거나 차단하는 메인 스위치(151)와, 메인 스위치(153)의 연결/차단 상태에 따라 동작함으로써 메인 스위치(153)의 상태를 나타내는 보조 접점(153)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보조 접점(153)은 메인 스위치(151)가 단락 상태가 되면 그와 동일하게 단락 상태가 되고, 메인 스위치(151)가 개방 상태가 되면 그와 동일하게 개방 상태가 되도록 동작할 수 있다.
단계(S11)에서는 회로 차단기(15)의 보조 접점(153)으로부터 메인 스위치(151)의 상태를 나타내는 신호를 데이터 취득부(17)에서 수신할 수 있다.
이어, 회로 차단기(15)의 보조 접점(153)으로부터 메인 스위치(151)의 상태가 단락 상태가 됨을 알리는 신호를 검출한 직후, 데이터 취득부(17)는 사전에 설치된 전압 검출부(미도시) 및 전류 검출부(미도시)로부터 PV 패널(11)의 출력 전압(Vpv) 및 출력 전류(Ipv)를 검출한 신호를 입력 받을 수 있다.
일반적으로, 전력 컨디셔닝 회로(13)의 입력단, 즉 PV 패널(11) 측의 연결단의 양단에는 대용량 캐패시터(Cdc)가 연결될 수 있다. 태양광 발전 시스템의 운전이 개시되어 회로 차단기(15)의 메인 스위치(151)가 단락상태가 되어 PV 패널(11)과 전력 컨디셔닝 회로(13)의 전기적 연결이 형성되면, 캐패시터(Cdc)는 PV 패널(11)의 양단 전압이 0(zero) 전압일 때부터 충전되기 시작하여 PV 패널(11)의 양단 전압이 개방 운전 전압(Voc)이 될 때까지 충전될 수 있다.
즉, 단계(S12)에서, 데이터 취득부(17)는 태양광 발전 시스템의 운전이 개시되어 회로 차단기(15)의 메인 스위치(151)이 단락 상태가 되는 직후부터 캐패시터(Cdc)의 충전이 완료될 때까지 PV 패널(11)의 출력 전압(Vpv) 및 출력 전류(Ipv)에 대응되는 신호를 지속적으로 입력 받을 수 있으며, 데이터 취득부(17)는 입력 받은 신호를 정상 판단부(19)로 전송할 수 있다. 정상 판단부(19)는 태양광 발전 시스템을 전체적으로 제어하는 호스트 컴퓨터로 구현될 수 있으며, 정상 판단부(19)로 신호의 전송은 다양한 유무선 통신방식에 의해 이루어질 수 있다.
이어, 정상 판단부(19)는 PV 패널(11)의 출력 전압이 영전압부터 개방 운전 전압(Voc)이 될 때까지 PV 패널(11)의 출력 전압(Vpv) 및 출력 전류(Ipv)를 지속적으로 제공받고 이를 이용하여 PV 패널(11)의 출력 전력을 연산하여 최대 전력점을 연산할 수 있다(S13).
이어, 정상 판단부(19)는 연산된 최대 전력점을 이용하여 PV 패널(11)의 동작이 정상인지 판단할 수 있으며(S14), PV 패널(11)이 정상적으로 동작하지 않는 것으로 판단한 경우 태양광 발전 시스템을 운용하는 관리자가 PV 패널(11)이 비정상임을 인지할 수 있도록 고장 신호를 다양한 방식으로 출력할 수 있다(S15).
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법에서 PV 패널의 정상 여부를 판단하는 단계를 더욱 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, PV 패널의 정상 여부를 판단하는 단계(S14)는 다양한 기준을 통해 PV 셀의 동작이 정상인지 판단할 수 있다.
먼저, 정상 판단부(19)는 단계(S13)에서 연산된 최대 전력점이 다중으로 나타나는지 확인하고(S141), 다중 최대 전력점이 연산된 경우 PV 패널(11)에 음영이 발생하여 정상적인 동작이 이루어지지 못하는 것으로 판단하고 고장 신호를 출력하는 단계(S15)로 진행할 수 있다.
또한, 정상 판단부(19)는 단계(S13)에서 연산된 최대 전력점이 사전 설정된 정상 범위에 존재하는지 판단하고(S142), 최대 전력점이 정상 범위 밖에 존재하는 경우 고장 신호를 출력하는 단계(S15)로 진행할 수 있다.
일반적으로, PV 패널(11)이 정상적인 상태라면 오직 하나의 최대 전력점이 계산되고, 이 최대 전력점이 나타나는 PV 패널(11)의 출력 전압은 대략 개방 회로 전압(Voc)의 80 내지 90 % 부근에 존재한다. 예를 들어, 단계(S142)에서는 하나의 최대 전력점이 발생한 경우, 그 최대 전력점이 나타나는 PV 패널(11)의 출력 전압이 개방 회로 전압(Voc)의 80 내지 90 %의 범위에 존재하는지 판단하고, 이 범위 내의 출력 전압일 때 최대 전력점이 발생하지 않는 경우 고장 신호를 출력하는 단계(S15)로 진행할 수 있다.
또한, 태양광 발전 시스템이 다수의 PV 패널(11)을 운용하는 경우, 정상 판단부(19)는 다수의 PV 패널(11)의 출력 전압 및 출력 전류를 입력 받고 그 각각에 대한 최대 전력점을 연산할 수 있다. 정상 판단부(19)는 동일 시간 대에 운전을 개시한 PV 패널의 최대 전력점을 상호 비교하고, 다른 복수의 PV 패널에 대해 연산된 최대 전력점과의 오차가 사전 설정된 허용 오차 범위 내인지 판단할 수 있다(S145). 다른 복수의 PV 패널에 대해 연산된 최대 전력점과 비교하여, 특정 PV 패널의 최대 전력점이 사전 설정된 오차 범위를 벗어나는 경우, 해당 PV 패널에 이상이 있는 것으로 판단하여 고장 신호를 출력하는 단계(S15)로 진행할 수 있다.
도 6에 도시된 PV 패널의 이상을 판단하는 구체적인 단계들(S141, S143, S145)은 필요에 따라 선택적으로 적용되거나 모두 적용될 수 있으며, 적용 순서 역시 필요에 따라 다양하게 변경될 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치 및 방법은, 일반적인 태양광 발전 시스템에 기 적용된 회로 차단기(15)의 동작을 검출하여 PV 패널의 동작을 감시하므로 PV 패널의 고장이나 오류를 검출하기 위해 별도의 추가적인 설비를 필요로 하지 않으며, 매일 태양광 발전 시스템이 운전을 개시하는 초기에 PV 패널의 상태를 조기 진단하여 대책을 강구할 수 있도록 함으로써 고장을 신속히 제거하고 연간 발전량의 증대를 도모할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11: PV 패널 13: 전력 컨디셔닝 회로
15: 회로 차단기 151: 메인 스위치
152: 보조 접점 17: 데이터 취득부
19: 정상 판단부

Claims (12)

  1. PV 패널과 상기 PV 패널이 최대 전력점에서 운전될 수 있도록 전력 흐름을 조정하는 전력 컨디셔닝 회로 및 상기 PV 패널과 상기 전력 컨디셔닝 회로를 상호 전기적으로 연결/차단하는 회로 차단기를 포함하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치에 있어서,
    상기 PV 패널과 상기 전력 컨디셔닝 회로를 전기적으로 연결/차단하는 상기 회로차단기의 메인 스위치의 연결/차단 상태에 따라 상태가 결정되는 보조 접점;
    상기 보조 접점으로부터 상기 회로 차단기가 차단 상태에서 연결 상태로 전환된 것을 나타내는 신호를 입력 받고, 상기 회로 차단기가 연결 상태로 전환된 것을 나타내는 신호를 검출한 시점부터 상기 PV 패널의 출력 전압이 개방 운전 전압이 될 때까지 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 지속적으로 검출한 신호를 입력 받는 데이터 취득부; 및
    상기 태양광 발전 시스템의 운전이 개시될 때 상기 보조 접점으로부터의 신호를 이용하여 상기 데이터 취득부로부터 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 지속적으로 검출한 신호를 제공받아 상기 PV 패널의 최대 전력점을 산출하고, 상기 산출된 최대 전력점이 다중으로 나타나는지의 여부 및 그 크기를 기반으로 상기 태양광 발전 시스템의 운전을 개시하는 초기에 상기 PV 패널의 이상 여부를 조기에 판단하는 정상 판단부
    를 포함하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정상 판단부는 상기 최대 전력점이 다중으로 나타나는 경우 상기 PV 패널에 이상이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정상 판단부는 상기 최대 전력점이 사전 설정된 정상 범위에 존재하는지 않는 경우 상기 PV 패널에 이상이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정상 판단부는 복수의 PV 패널에 대한 최대 전력점을 연산하며, 동일 시간 대에 운전을 개시한 상기 복수의 PV 패널의 최대 전력점을 상호 비교하고, 일 PV 패널에 대해 연산된 최대 전력점이 다른 복수의 PV 패널에 대해 연산된 최대 전력점과 사전 설정된 허용 오차 범위를 벗어나는 차이가 발생하는 경우 이상이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 장치.
  7. PV 패널과 상기 PV 패널이 최대 전력점에서 운전될 수 있도록 전력 흐름을 조정하는 전력 컨디셔닝 회로 및 상기 PV 패널과 상기 전력 컨디셔닝 회로를 상호 전기적으로 연결/차단하는 회로 차단기를 포함하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법에 있어서,
    상기 PV 패널과 상기 전력 컨디셔닝 회로를 전기적으로 연결/차단하는 상기 회로차단기의 메인 스위치의 연결/차단 상태에 따라 상태가 결정되는 보조 접점으로부터 상기 회로 차단기가 차단 상태에서 연결 상태로 전환된 것을 나타내는 신호를 검출하는 단계;
    상기 회로 차단기가 차단 상태에서 연결 상태로 전환된 것을 나타내는 신호를 검출한 시점부터 상기 PV 패널의 출력 전압이 개방 운전 전압이 될 때까지 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 지속적으로 검출하는 단계;
    상기 태양광 발전 시스템의 운전이 개시될 때 상기 보조 접점으로부터의 신호를 이용하여 상기 지속적으로 검출하는 단계에서 지속적으로 검출한 상기 PV 패널의 출력 전압 및 출력 전류를 이용하여 상기 PV 패널의 최대 전력점을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 최대 전력점이 다중으로 나타나는지의 여부 및 그 크기를 기반으로 상기 태양광 발전 시스템의 운전을 개시하는 초기에 상기 PV 패널의 이상 여부를 조기에 판단하는 단계
    를 포함하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 이상 여부를 판단하는 단계는 상기 최대 전력점이 다중으로 나타나는 경우 상기 PV 패널에 이상이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 이상 여부를 판단하는 단계는 상기 최대 전력점이 사전 설정된 정상 범위에 존재하는지 않는 경우 상기 PV 패널에 이상이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 이상 여부를 판단하는 단계는 복수의 PV 패널에 대한 최대 전력점을 연산하며, 동일 시간 대에 운전을 개시한 상기 복수의 PV 패널의 최대 전력점을 상호 비교하고, 일 PV 패널에 대해 연산된 최대 전력점이 다른 복수의 PV 패널에 대해 연산된 최대 전력점과 사전 설정된 허용 오차 범위를 벗어나는 차이가 발생하는 경우 이상이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템의 PV 패널 감시 방법.
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