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KR101957197B1 - 태양광발전 시스템 - Google Patents

태양광발전 시스템 Download PDF

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KR101957197B1
KR101957197B1 KR1020150025052A KR20150025052A KR101957197B1 KR 101957197 B1 KR101957197 B1 KR 101957197B1 KR 1020150025052 A KR1020150025052 A KR 1020150025052A KR 20150025052 A KR20150025052 A KR 20150025052A KR 101957197 B1 KR101957197 B1 KR 101957197B1
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power generation
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photovoltaic
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최화영
조충건
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엘에스산전 주식회사
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Abstract

태양광발전 시스템를 개시한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템을 위한 데이터 수집 장치는 태양 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환된 발전량 및 태양광 발전 부가정보를 태양광 발전 장치로부터 수신하는 수신부, 상기 수신부로부터 수신한 태양광 발전 부가정보에 기초하여 추정 발전량을 결정하고, 상기 추정 발전량과 수신한 실제 발전량에 기초하여 특정 값을 결정하는 제어부. 상기 발전량 및 상기 태양광 발전 부가 정보를 포함하는 태양광 발전 데이터를 저장하는 저장부 및 상기 제어부가 결정한 상기 특정 값 및 상기 태양광 발전 부가 정보를 외부 장치로 송신하는 송신부를 포함한다.

Description

태양광발전 시스템{PHOTOVOLTAIC SYSTEM}
본 발명의 기술 분야는 태양광발전 시스템에 관한 것으로, 특히 태양광 발전한 결과 값을 모니터링 하는 방법에 관한 발명이다.
석유 등 화석에너지의 고갈과 환경오염에 대한 우려로 인하여 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지를 부착한 패널을 대규모로 펼쳐 태양광 에너지를 이용, 전기를 대규모로 생산하는 발전인 태양광발전이 각광받고 있다. 태양광발전은 무한정, 무공해의 태양광 에너지를 이용하므로 연료비가 들지 않고, 대기오염이나 폐기물 발생이 없다는 장점이 있다.
태양광 에너지 발전 방식에는 독립형 방식과 계통 연계형 방식이 있다. 계통 연계형 방식은 태양광발전 장치를 기존의 전력 계통에 연결하여 사용한다. 태양광발전 시스템으로부터 낮에 전기가 발생하면 송전하고 밤이나 우천시에는 계통으로부터 전기를 공급받는다. 계통 연계형 태양광발전 시스템을 효율적으로 사용하기 위해서 경부하시에는 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System, BESS)에 유휴전력을 저장하고, 과부하시에는 태양광 발전 전력뿐만 아니라 배터리 에너지 저장 시스템을 방전하여 전력을 계통에 공급하는 형태의 태양광 발전시스템이 도입되었다.
태양광 발전량이 일사량 정보와 거의 일치한다는 경험칙에 의하여, 일사량 정보에 따른 추정 발전량을 통해, 데이터 수집 장치가 상위 서버로 전달해야 하는 데이터의 량을 최소화하는 태양광 발전 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템을 위한 데이터 수집 장치는 태양 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환된 발전량 및 태양광 발전 부가정보를 태양광 발전 장치로부터 수신하는 수신부, 상기 수신부로부터 수신한 태양광 발전 부가정보에 기초하여 추정 발전량을 결정하고, 상기 추정 발전량과 수신한 실제 발전량에 기초하여 특정 값을 결정하는 제어부. 상기 발전량 및 상기 태양광 발전 부가 정보를 포함하는 태양광 발전 데이터를 저장하는 저장부 및 상기 제어부가 결정한 상기 특정 값 및 상기 태양광 발전 부가 정보를 외부 장치로 송신하는 송신부를 포함한다.
태양광 발전량에 관한 데이터를 상위 서버로 전달 시에, 데이터 전체를 전달하지 않아도 기본적으로 전달하는 일사량 정보 및 추정 발전량과의 차이만을 전달하여, 전달하는 데이터량을 최소화할 수 있다.
또한, 상위 서버로 전달되는 데이터량을 최소화 하여 통신이 어려운 지역에 설치된 태양광 발전 장치로부터 용이하게 데이터를 전송 받을 수 있다.
또한, 전달되는 데이터량이 줄어, 통신망 사용으로 인한 비용을 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소용량 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
도 5는 태양광 발전 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6는 데이터 수집 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에서 모니터링을 위한 데이터를 송/수신하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 종래에 상위 서버로 데이터 수집 장치가 태양광 발전량을 전달하는 방법을 나타내는 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상위 서버로 데이터 수집 장치가 태양광 발전량을 전달하는 방법을 나타내는 그래프이다.
도 10는 일일 발전량을 표로 정리하여 나타낸 도면이다.
도 11 내지 도 13는 상술한 전송 방법을 종래 방법과 비교하여 그래프로 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 계통연계형 태양광발전 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 태양전지 어레이(101), 인버터(103), 교류 필터(105), 교류/교류 컨버터(107), 계통(109), 충전 제어부(111), 배터리 에너지 저장 시스템(113), 시스템 제어부(115) 및 센서부(116)를 포함한다.
태양전지 어레이(101)는 복수의 태양전지 모듈을 결합한 것이다. 태양전지 모듈은 복수의 태양전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 소정의 전압과 전류를 발생키는 장치이다. 따라서 태양전지 어레이(101)는 태양 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환한다.
인버터(103)는 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅한다. 태양전지 어레이(101)가 공급한 직류 전력 또는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전한 직류 전력을 충전 제어부(111)를 통하여 공급받아 교류 전력으로 인버팅한다.
교류 필터(105)는 교류 전력으로 인버팅된 전력의 노이즈를 필터링한다.
교류/교류 컨버터(107)는 교류 전력을 계통에 공급할 수 있도록 노이즈가 필터링된 교류 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 전력을 계통(109)에 공급한다.
계통(109)이란 많은 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템이다.
충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 충전 및 방전을 제어한다. 계통이 과부하인 경우, 충전 제어부(111)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)으로부터 전력을 공급받아 계통에 전력을 전달한다. 계통이 경부하인 경우, 충전 제어부(111)는 태양전지 어레이(101)로부터 전력을 공급 받아 배터리 에너지 저장 시스템(113)에 전달한다.
배터리 에너지 저장 시스템(113)은 태양전지 어레이(101)로부터 전기에너지를 공급받아 충전하고 계통(109)의 전력 수급상황에 따라 충전된 전기 에너지를 방전한다. 구체적으로 계통(109)이 경부하인 경우, 배터리 에너지 저장 시스템(113)은 태양전지 어레이(101)로부터 유휴 전력을 공급 받아 충전한다. 계통(109)이 과부하인 경우, 배터리 에너지 저장 시스템(113)은 충전된 전력을 방전하여 계통(109)에 전력을 공급한다. 계통의 전력 수급 상황은 시간대별로 큰 차이를 가진다. 따라서 계통 연계형 태양광발전 장치(100)가 태양전지 어레이(101)가 공급하는 전력을 계통(109)의 전력 수급상황에 대한 고려 없이 일률적으로 공급하는 것은 비효율적이다. 그러므로 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 사용하여 계통(109)의 전력 수급상황에 따라 전력 공급의 양을 조절 한다. 이를 통해 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 계통(109)에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.
시스템 제어부(115)는 충전 제어부(111)와 인버터(103), 교류 필터(105) 및 교류/교류 컨버터(107)의 동작을 제어한다.
센서부(116)는 태양광 발전과 관련된 다른 요소를 센싱한다. 이 경우 센서부(116)는 일조량 센서 및 온도 센서 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 구체적인 실시 예에서 센서부(116)는 태양광 발전이 진행되는 동안의 일조량을 센싱할 수 있다. 또 다른 실시 예에서 센서부(116)는 태양광 발전이 진행되는 동안의 온도를 센싱할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소용량 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소용량 계통 연계형 태양광발전 장치(200)는 태양전지 어레이(101), 인버터(103), 교류 필터(105), 교류/교류 컨버터(107), 계통(109), 충전 제어부(111), 배터리 에너지 저장 시스템(113), 시스템 제어부(115), 센서부(116) 및 직류/직류 컨버터(117)를 포함한다.
도 1의 본발명의 일 실시예와 모두 동일하나 직류/직류 컨버터(117)를 더 포함한다. 직류/직류 컨버터(117)는 태양전지 어레이(101)가 발전하는 직류 전력의 전압을 컨버팅한다. 소용량 계통 연계형 태양광발전 장치(200)는 태양전지 어레이(101)가 생산하는 전력의 전압이 작다. 따라서 태양전지 어레이(101)가 공급하는 전력을 인버터에 입력하기 위해서는 승압이 필요하다. 직류/직류 컨버터(117)는 전압을 태양전지 어레이(101)가 생산하는 전력의 전압을 인버터(103)에 입력할 수 있는 전압의 크기로 컨버팅한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 동작 흐름도이다.
태양전지 어레이(101)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환한다(S101).
시스템 제어부(115)는 계통(109)에 전력 공급이 필요한지에 대하여 판단한다(S103). 계통(109)에 전력 공급이 필요한지 여부는 계통(109)이 과부하인지 경부하인지를 기준으로 판단할 수 있다.
계통(109)에 전력 공급이 필요하지 않다면, 시스템 제어부(115)는 충전 제어부(111)를 제어하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 충전한다(S105). 구체적으로 시스템 제어부(115)는 충전 제어부(111)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 충전 제어부(111)는 제어 신호를 수신하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 충전할 수 있다.
시스템 제어부(115)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 방전이 필요한가 판단한다(S107). 태양전지 어레이(101)가 공급하는 전기 에너지만으로 계통(109)의 전력 수요를 충족하지 못하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)의 방전이 필요한지 판단할 수 있다. 또한 시스템 제어부(115)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전할 정도로 충분한 전기 에너지를 저장하고 있는지 판단할 수 있다.
배터리 에너지 저장 시스템(113)의 방전이 필요하다면, 시스템 제어부(115)는 충전 제어부(111)를 제어하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 방전한다(S109). 구체적으로 시스템 제어부(115)는 충전 제어부(111)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 충전 제어부(111)는 제어 신호를 수신하여 배터리 에너지 저장 시스템(113)을 방전할 수 있다.
인버터(103)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전한 전기 에너지와 태양전지 어레이(101)가 변환한 전기 에너지를 교류로 인버팅한다(S111). 이때 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전한 전기 에너지와 태양전지 어레이(101)가 변환한 전기 에너지를 모두 하나의 인버터(103)를 통해 인버팅한다. 각 전기기구는 사용할 수 있는 전력에 한계가 있다. 이 한계는 순간적인 한계와 장시간 사용했을 때의 한계가 있는데, 장시간 사용해도 기기에 손상이 가지 않고 무리 없이 사용할 수 있는 최대전력으로 정격 전력을 정한다. 인버터(103)의 효율을 최대화하기 위해서는 배터리 에너지 저장 시스템(113)과 태양전지 어레이(101)는 인버터(103)가 이러한 정격 전력의 40% 에서 60% 정도를 전력을 사용하도록 전력을 공급하여야 한다.
교류 필터(105)는 인버팅된 전력의 노이즈를 필터링한다(S113).
교류/교류 컨버터(107)는 필터링된 교류 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 전력을 계통(109)에 공급한다(S115).
계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 컨버팅된 전력을 계통에 공급한다(S117).
도 1내지 도3의 실시예에 의한 계통 연계형 태양광발전 장치(100)는 하나의 인버터(103)만을 사용하므로 태양전지 어레이(101)의 용량에 맞추어 인버터(103)의 정격 전력을 결정하여 계통 연계형 태양광발전 장치(100)를 설계할 경우 다음과 같은 문제가 있다. 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전하여 태양전지 어레이(101)와 함께 전기 에너지를 공급하는 경우, 인버터(103)는 정격 전력의 40% 에서 60%를 초과하는 전력을 사용하므로 인버터(103)의 효율을 최대화할 수 없다. 또는 배터리 에너지 저장 시스템(113)이 방전하여 단독으로 전기 에너지를 공급하는 경우, 인버터(103)는 정격 전력의 40% 에서 60%에 못 미치는 전력을 사용하므로 인버터(103)의 효율을 최대화할 수 없다. 이밖에 일사량이 적어 태양전지 어레이(101)가 적은 양의 전기 에너지를 공급하는 경우, 인버터(103)는 정격 전력의 40% 에서 60% 정도에 못 미치는 전력을 사용하므로 인버터(103)의 효율을 최대화할 수 없다. 이러한 경우 계통 연계형 태양광발전 장치(100)가 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율이 떨어진다. 또한 전력의 고조파 함유율(Total Harmonic Distortion, THD)이 높아져 계통 연계형 태양광발전 장치(100)가 생산하는 전력의 품질이 낮아진다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치의 블록도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계통 연계형 태양광발전 장치(500)는 태양전지 어레이(501), 제1 인버터(503), 교류 필터(505), 교류/교류 컨버터(507), 계통(509), 제어 스위치(511), 충전 제어부(513), 배터리 에너지 저장 시스템(515), 시스템 제어부(517), 제2 인버터(519)를 포함한다. 또한 추가적으로 센서부(116)을 포함할 수 있다.
태양전지 어레이(501)는 복수의 태양전지 모듈을 결합한 것이다. 태양전지 모듈은 복수의 태양전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 소정의 전압과 전류를 발생키는 장치이다. 따라서 태양전지 어레이(501)는 태양 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환한다.
제1 인버터(503)는 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅한다. 태양전지 어레이(501)로부터 직류 전력을 공급받거나 또는 배터리 에너지 저장 시스템(515)이 방전한 직류 전력을 충전 제어부(513)를 통하여 공급받아 교류 전력으로 인버팅한다.
교류 필터(505)는 교류 전력으로 인버팅된 전력의 노이즈를 필터링한다.
교류/교류 컨버터(507)는 교류 전력을 계통에 공급할 수 있도록 노이즈가 필터링된 교류 전력의 전압의 크기를 컨버팅하여 계통(509)에 전력을 공급한다.
계통(509)이란 많은 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템이다.
제어 스위치(511)는 배터리 에너지 저장 시스템(515)과 제1 인버터(503) 사이의 전력 공급의 흐름을 조정한다. 제어 스위치(511)는 시스템 제어부(517)의 제어 신호를 수신하여 제어 신호에 따라 동작한다. 구체적으로 배터리 에너지 저장 시스템(515)이 방전하여 제1 인버터(503)에 전력을 공급할 경우, 시스템 제어부(517)는 제어 스위치(511)와 제1 인버터(503)를 연결하는 제어 신호를 생성한다. 제어 스위치(511)는 제어 신호를 수신하여 충전 제어부(513)와 제1 인버터(503)를 연결한다. 제1 인버터(503)에 전력을 공급하지 않을 경우, 시스템 제어부(517)는 제어 스위치(511)와 제1 인버터의 연결을 해제하는 제어 신호를 생성한다. 제어 스위치(511)는 제어 신호를 수신하여 제1 인버터(503)와 제1 인버터(503) 사이의 연결을 해제한다.
충전 제어부(513)는 배터리 에너지 저장 시스템(515)의 충전 및 방전을 제어한다. 계통이 과부하인 경우, 충전 제어부(513)는 배터리 에너지 저장 시스템(515)으로부터 전력을 공급받아 계통에 전력을 전달한다. 이때 충전 제어부(513)는 제1 인버터 또는 제2 인버터(519)중 어느 하나에 전력을 공급하거나 제1 인버터(503)와 제2 인버터(519)에게 동시에 전력을 공급할 수 있다. 계통이 경부하인 경우, 충전 제어부(513)는 태양전지 어레이(501)로부터 전력을 공급 받아 배터리 에너지 저장 시스템(515)에게 전달한다.
배터리 에너지 저장 시스템(515)은 계통이 경부하인 경우 태양전지 어레이(501)로부터 유휴 전력을 공급 받아 충전한다. 배터리 에너지 저장 시스템(515)은 계통이 과부하인 경우 충전된 전력을 방전하여 계통(509)에 전력을 공급한다. 도1 내지 도 3의 실시예에서 기재한 바와 같이 계통 연계형 태양광발전 장치(500)는 배터리 에너지 저장 시스템(515)을 사용하여 계통(509)에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.
시스템 제어부(517)는 충전 제어부(513)와 제1 인버터(503), 제2 인버터(519), 교류 필터(505) 및 교류/교류 컨버터(507)의 동작을 제어한다.
도 1 내지 도 3의 실시예에와 달리 도 4 실시예에서는 배터리 에너지 저장 시스템(515)에 연결되는 제2 인버터(519)를 더 포함한다.
제2 인버터(519)는 제1 인버터(503)는 직류 전력을 교류 전력으로 인버팅한다. 배터리 에너지 저장 시스템(515)이 방전한 직류 전력을 충전 제어부(513)를 통하여 공급받아 교류 전력으로 인버팅한다. 제1 인버터(503) 이외에 제2 인버터(519)를 포함함으로써 계통 연계형 태양광발전 장치(500)가 공급하는 전력의 크기에 따라 선택적으로 제1 인버터와 제2 인버터를 가동한다.
도 5는 태양광 발전 시스템(1)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 먼저 태양광 인버터(103)이 태양광 발전 장치(100)에 포함될 수 있다. 태양광 인버터(103)에 대해서는 상술한 바 자세한 내용은 여기에서는 생략한다. 태양광 인버터(103)는 태양광 발전 장치(100)에 한 개 존재할 수 있으며, 복수개가 존재할 수도 있다. 태양광 인버터(103)는 태양광 발전량을 데이터 수집 장치(300)로 전달할 수 있다.
한편, 태양광 발전 장치(100)의 센서부(116)각종 센서는 감지된 데이터를 태양광 발전량과 함께 데이터 수집 장치(300)로 전달할 수 있다. 일 실시 예에서 감지된 데이터는 일사량, 온도, 일출/일몰 시간, 기상 상황 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 태양광 발전 장치는 상술한 데이터들과 함께, 발전 시간 정보를 데이터 수집 장치(300)에 전달할 수 있다.
데이터 수집 장치(300)는 하위 인버터(103) 및 태양광 발전 장치(100)로부터 데이터를 수신하고, 종합한다. 데이터 수집 장치(300)는 태양광 발전 장치(100)에 포함되는 구성일 수 있으며, 복수의 태양광 발전 장치(100)들에 연결되어 별도의 구성이 될 수도 있다. 데이터 수집 장치(300)는 수집한 발전 정보를 모니터링 하기 위해 사용자 또는 클라이언트 들에게 제공할 수 있다. 또한, 복수의 데이터 수집 장치(300)가 연결된 상위 서버(400)가 존재하는 경우 상위 서버(400)에 수집한 발전 정보를 전달할 수 있다.
이하 도 6를 참조하여 데이터 수집 장치(300)에 대하여 자세히 설명한다.
데이터 수집 장치(300)는 도 5에 도시된 바와 같이, 데이터 수집 장치 제어부(315), 송수신부(316), 저장부(317), 출력부(318)을 포함할 수 있다. 그러나, 도 5에 도시된 구성에 한정되는 것이 아니며, 필요에 따라 다른 구성이 더 포함될 수 있다.
송수신부(316)는 인버터(103) 및 각종 센서(미도시)를 포함하는 태양광 발전 장치(100)로부터 태양광 발전 관련 데이터를 수신한다. 수신 방법은 유/무선 통신 방법이 모두 가능하다. 데이터 수집 장치(300)가 태양광 발전 장치(100)내 포함된 구성인 경우, 내부 구성간 연결된 회로를 통해 데이터를 수신할 수 있다.
또한 송수신부(316)은 수집한 태양광 발전 데이터를 상위 서버(400)로 전송할 수 있다. 마찬가지로 유/무선 통신을 통해 데이터를 상위 서버(400)로 전송할 수 있다.
또한 송수신부(316)는 사용자 및 클라이언트에게 태양광 발전량을 전송할 수도 있다. 구체적으로 태양광 발전 장치(100)의 소유주 또는 전기 매매업자 등에게 발전량 모니터링을 위한 정보를 전송할 수 있다.
저장부(317)는 수집한 발전량 데이터를 저장한다. 태양광 발전은 매일매일 진행되며, 데이터 수집 장치(300)가 수집한 데이터는 일단 저장부(317)에 저장되고 다른 곳으로 전송된다. 저장부(317)에 저장된 데이터는 이하 설명할 발명에서 전송 데이터량을 줄이는데 활용될 수 있다.
출력부(318)은 태양광 발전량 모니터링을 위한 데이터를 표시할 수 있다. 출력부는 시각적으로 데이터를 표시하는 디스플레이부 및 청각적으로 데이터를 출력하는 스피커를 포함할 수 있다.
데이터 수집 장치 제어부(315)는 상술한 송수신부(316), 저장부(317), 출력부(318)의 동작을 제어한다. 추가적으로 데이터 수집 장치 제어부(315)는 수신한 데이터를 이용하여 다른 데이터로 가공할 수 있다. 데이터를 가공하는 내용에 대해서는 이하 자세히 설명한다.
다시 도 5로 돌아온다.
태양광 발전 시스템(1)은 복수의 데이터 수집 장치(300)가 연결된 상위 서버(400)을 포함할 수 있다. 상위 서버(400)는 복수의 데이터 수집 장치(300)로부터 전달되는 태양광 발전 정보를 종합하고 수집할 수 있다. 규모가 작은 태양광 발전 시스템(1)에서는 상위 서버(400)가 별도로 존재하지 않고 데이터 수집 장치(300)가 상위 서버의 역할을 함께 수행할 수 있다.
상위 서버(400)를 통해 관리자는 대규모 태양광 발전 시스템을 운용할 때, 해당 시스템을 효과적으로 관리 및 제어할 수 있다. 상위 서버(400)에서 하위의 데이터 수집 장치(300) 및 태양광 발전 장치(100)를 모두 제어할 수 있으며, 복수의 태양광 발전 장치로부터 데이터를 수집하여, 각 발전 장치(100)별 발전량을 비교하고 오작동을 제어할 수 있다.
이하 도 7 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 모니터링 방법에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 시스템에서 모니터링을 위한 데이터를 송/수신하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
최초 태양광 발전 장치(100)는 태양광 발전 정보를 데이터 수집 장치(300)에 전송한다(S301). 태양광 발전 정보는 데이터 수집 장치(300)가 인버터(103)로부터 수집한 태양광 발전량일 수 있으며, 온도 센서로부터 수집한 온도 정보일 수 있다. 또한, 일사량 센서로부터 수집한 일사량 정보일 수도 있으며, 그 외 태양광 발전에 필요한 각종 데이터가 태양광 발전 정보에 포함될 수 있다.
데이터 수집 장치(300)는 태양광 발전 장치(100)로부터 태양광 발전에 관한 각종 데이터 중, 일사량 데이터에 기초하여 발전량 정보를 추정한다(S303). 구체적으로, 태양광 발전 장치(100)로부터 일사량 정보가 수집 가능한데, 태양광 발전량은 태양광에 절대적으로 의존하는 바, 그 발전량의 데이터가 일사량과 매우 밀접한 관계에 있음을 경험칙상 알 수 있다. 따라서 기 저장부에 누적된 발전량에 기초하여 데이터 수집 장치(300)내 데이터 수집 장치 제어부(315)는 수집된 일사량을 저장부(317)에 누적된 발전량 데이터와 비교하여 태양광 발전량을 추정할 수 있다.
일 실시 예에서 데이터 수집 장치 제어부(315)는 최근의 일정 기간 동안 일사량 대비 발전량의 평균값을 추정 발전량으로 결정할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 데이터 수집 장치 제어부(315)는 가장 최근의 데이터 중, 가장 가까운 일사량 데이터와 매칭되는 발전량을 추정 발전량으로 결정할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 데이터 수집 장치 제어부(315)는 가장 최근의 데이터를 기준으로, 일정 기간동안의 평균 값을 일정 수준 고려하여 추정 발전량을 결정할 수 있다.
한편, 상술한 추정 단계는 데이터 수집 장치(300)가 태양광 발전 장치(100)내 포함되는 경우, 태양광 발전 장치(100)의 시스템 제어부(115)가 수행할 수도 있다.
데이터 수집 장치 제어부(315)는 추정된 발전량과 실제 발전량과의 차를 계산한다(S305). 구체적으로, 데이터 수집 장치 제어부(315)는 인버터 등으로부터 수신한 실제 태양광 발전량에서 추정 발전량을 뺀 값을 계산한다.
이 단계를 도 8 내지 도 9을 참조하여 설명한다.
도 8은 종래에 상위 서버로 데이터 수집 장치가 태양광 발전량을 전달하는 방법을 나타내는 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 태양광에 전적으로 의지하는 태양광 발전의 특징 상, 일사량과 발전량은 직접적인 관계를 가질 수 밖에 없다. 그러나, 종래에는 추정 일사량과 관계 없이, 실제 태양광 발전량을 전부 상위 서버(400)로 전달하였다. 이 경우, 태양광 인버터(103)의 수가 많지 않다면 큰 문제가 되지 않을 수 있으나, 대규모의 태양광 인버터(103)를 포함하는 태양광 발전 장치(100)가 연결된 상위 서버의 경우, 각 태양광 발전 장치(100)로부터 수신되는 데이터를 종합하면 굉장치 큰 데이터 량이 될 수 있다.
이 때, 도 8에 도시된 것 처럼, 실제 발전량을 모두 전송하는 경우 빅 데이터를 한꺼번에 전송하면서 데이터의 손실이 발생할 우려가 있으며, 빅 데이터를 전송하는데 필요한 비용 또한 과도하게 소요될 수 있다.
반면에, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 도 9에 도시된 바와 같이, 누적 데이터로부터 알 수 있는 추정 발전량을 이용하여, 실제 발전량과의 차이(A)를 계산하여 차잇값(A)만을 상위 서버로 전송한다. 따라서, 도 8에 도시된 것과 같이 데이터 수집 장치(300)가 발전량 전체를 전송할 필요가 없어지므로 전송해야 할 데이터량 급격하게 줄어들 수 있다.
도 8 내지 도 9의 내용을 구체적으로 도 10를 예를 들어 설명한다.
도 10는 일일 발전량을 표로 정리하여 나타낸 도면이다.
도 10를 참고하면, 해가 떠 있는 6시부터 18시까지 일사량 데이터가 존재하며, 일사량 데이터를 따라 발전량 데이터가 같이 존재하는 것을 알 수 있다. 따라서 본 데이터에서 일사량의 증감에 발전량이 직접적으로 연관되어 변화하고 있음을 알 수 있으며, 일사량으로부터 발전량을 추정할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 발전량의 경우 도 10의 ①에 정리된 바와 같이 16진수로 표현하면 4자리 수임을 알 수 있다. 통상적으로 데이터 전송은 디지털 방식으로 이루어 지는 바 2진법으로 표현될 수 있으며, 이를 사람이 인식하기 용이하도록 2진법에서 변환이 용이한 16진수를 사용하여 표현한다. 그러나, 추정 발전량으로부터 실제 발전량의 차이를 계산한 값(②)은 16진수로 표현했을 때 2자리 수임을 알 수 있다.
따라서, 발전량(①)을 그대로 전송하는 경우 4byte가 데이터 전송 시 필요했다면, 추정 발전량와의 차이만을 전송하는 경우 절반인 2byte가 전송 시 필요하게 되어 전송할 데이터량을 절반으로 줄일 수 있다.
도 11 내지 도 13는 상술한 전송 방법을 종래 방법과 비교하여 그래프로 나타낸 도면이다.
도 11은 종래의 방법에 따른 전송 방법으로, 데이터 수집 장치(300)는 실제 발전량(a)의 데이터 전체를 상위 서버(400)에 전달한다.
도 12은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전송 방법으로 데이터 수집 장치(300)가 시간대별로 실제 발전량의 차이(b)만을 상위 서버(400)에 전달한다.
도 13는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 전송 방법으로 데이터 수집 장치(300)가 추정 발전량과 실제 발전량의 차이 값(c)만을 상위 서버(400)에 전달한다.
도 12의 방법은 도 11의 방법에 비해서는 전송되는 데이터량이 작을 수 있으나, 차이만을 전송하는 도 13의 방법에 비해서는 데이터량이 상대적으로 클 수 밖에 없다. 따라서, 본 발명에서 설명하는 추정 발전량을 이용하여 데이터를 상위 서버(400)하는 방법이 데이터를 절약할 수 있는 확실한 방법임을 확인할 수 있다.
다시 도 7으로 돌아온다.
데이터 수집 장치(300)는 추정 발전량과 실제 발전량과의 차를 계산한 결과 및 일사량 정보를 상위 서버(400)에 전달한다(S307). 상기에서 설명한 바와 같이 전체 데이터가 아닌 차이만을 전송하여, 종래 방법에 비하여 데이터량을 절반 이상 줄일 수 있다. 구체적으로 태양광 발전 장치(100)와 데이터 수집 장치(300)는 가까이 위치하거나, 태양광 발전 장치(100)내에 포함되는 것이 통상적이다. 따라서, 태양광 발전 장치(100)는 데이터 수집 장치(300)와 유선으로 연결되어 있는 경우가 대부분이다. 따라서 실제 발전량 전체를 전송하는 것이 무선 통신에 의존하는 경우가 대부분인 상위 서버(400)에 전달하는 것에 비하여 상대적으로 용이한 경우가 대부분이다.
그러나, 데이터 수집 장치(300)와 상위 서버(400)는 서로 원거리에 위치하는 것이 대부분이며, 따라서, 데이터 수집 장치(300)에서 상위 서버(400)로 데이터를 전송할 때, 전송되는 데이터량을 최소화하는 방법이 요구되는 것이다. 그러므로, 본 발명의 일 실시 예에서 데이터 수집 장치(300)는 추정 발전량과 차이 값만을 일사량과 함께 상위 서버(400)에 전달한다.
상위 서버(400)는 전송 받은 일사량 정보로부터 발전량을 추정한다(S309). 상위 서버(400)또한 일사량에 대응되는 발전량 정보를 누적시키고 있으며, 따라서, 일사량 정보를 수신하면 데이터 수집 장치(300)와 같은 발전량을 추정할 수 있다. 태양광 발전량을 일사량으로부터 추정하는 방법은 상술한 바와 같다.
상위 서버(400)는 추정된 발전량에 수신한 차이 계산 값을 적용하여 실제 발전량을 계산한다(S311). 태양광 발전 시스템(1)에서 사용자 및 클라이언트가 가장 알고 싶어하는 것은 일사량이 아닌 발전량으로 상위 서버(400)는 해당 정보를 제공하기 위해, 실제 발전량을 계산한다.
일 실시 예에서 상위 서버(400) 및 데이터 수집 장치(300)는 일사량 정보가 아닌 온도 정보에 따라 발전량을 추정할 수도 있다.
또 다른 실시 예에서, 상위 서버(400) 및 데이터 수집 장치(300)는 날씨 정보에 따라 발전량을 추정할 수도 있다. 물론 이 경우는 온도나 일사량 정보에 비하여 정확도가 낮은 발전량을 추정할 수 밖에 없다. 태양광 발전 장치(100)의 일사량 센서 또는 온도 센서가 고장난 경우에 상술한 방법이 적용될 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 날씨 정보마저도 수신이 어려운 경우, 상위 서버(400) 및 데이터 수집 장치(300)는 최근 누적된 태양광 발전량에 기초하여 실제 발전량을 추정할 수 있다. 이 경우, 데이터 수집 장치(300)는 누적된 데이터에 기초하여 추정 발전량을 계산하고, 상위 서버(400)에 참조한 데이터가 수집된 기간을 전송하여 데이터량을 줄일 수 있다.
상위 서버(400)는 계산된 실제 발전량을 사용자 또는 클라이언트에게 제공한다(S313). 제공되는 실제 발전량은 추정 발전량 및 추정 발전량을 결정한 요인과 함께 제공될 수 있다.
상술한 데이터 수집 장치(300)는 태양광 발전 장치(100)에 포함되는 구성일 수 있으며, 상위 서버(400)를 대체하는 구성이 될 수도 있다.
또 다른 실시 예에서, 데이터 수집 장치(300)는 수신한 실제 발전량과 추정 발전량의 차이가 일정 수준 이상이라고 판단하는 경우에는 전체 발전량을 상위 서버(400)로 전달할 수 있다. 예를 들면, 기상 이변으로 누적된 데이터의 커버 범위를 넘어서는 데이터를 수신하는 경우, 전체 데이터를 상위 서버(400)로 전송할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 데이터 수집 장치(300)는 지역 정보 설정에 따라 기본 발전량으로부터 계산된 차이값을 상위 서버(400)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 사막지역에 설치된 발전 장치의 경우, 연중 온도 및 일사량 변화가 거의 없는바, 해당 지역 정보에 기초하여 매회 발전량을 추정하지 않고, 기본 발전량을 기초로 실제 발전량과의 차이를 계산할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 태양 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환된 실제 발전량 및 태양광 발전 부가정보를 태양광 발전 장치로부터 수신하는 수신부;
    상기 수신부로부터 수신한 태양광 발전 부가정보에 기초하여 추정 발전량을 결정하고, 상기 추정 발전량과 수신한 실제 발전량에 기초하여 특정 값을 결정하는 제어부;
    상기 발전량 및 상기 태양광 발전 부가 정보를 포함하는 태양광 발전 데이터를 저장하는 저장부; 및
    네트워크 트래픽 감소를 위하여 상기 실제 발전량 대신 상기 제어부가 결정한 상기 특정 값 및 상기 태양광 발전 부가 정보를 네트워크를 통해 외부 장치로 송신하는 송신부를 포함하고,
    상기 특정 값은
    상기 실제 발전량과 상기 추정 발전량의 차이값이고,
    상기 외부 장치는
    상기 특정 값과 상기 태양광 발전 부가 정보를 이용하여 상기 태양광 발전 장치의 실제 발전량을 계산하는,
    태양광 발전 시스템을 위한 데이터 수집 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 태양광 발전 부가정보에 포함된 일사량 정보 및 온도 정보 중 어느 하나에 기초하여 상기 저장부에 누적된 태양광 발전 데이터로부터 추정 발전량을 결정하는
    태양광 발전 시스템을 위한 데이터 수집 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 태양광 발전 부가 정보와 대응되는 태양광 발전량을 추정 발전량으로 결정하는
    태양광 발전 시스템을 위한 데이터 수집 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 결정된 추정 발전량 및 수신된 실제 발전량을 표시하는 출력부를 더 포함하는
    태양광 발전 시스템을 위한 데이터 수집 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 결정된 추정 발전량과 상기 수신된 실제 발전량이 특정 값 이상의 차이가 발생하는 경우, 상기 실제 발전량 전체를 상기 외부 장치로 상기 송신부를 통해 송신하는
    태양광 발전 시스템을 위한 데이터 수집 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 외부 장치는
    상기 제어부와 동일한 방법으로 상기 태양광 발전 부가 정보에 기초하여 상기 추정 발전량을 계산하고, 상기 특정 값을 이용하여 상기 계산된 추정 발전량으로부터 상기 실제 발전량을 계산하는,
    태양광 발전 시스템을 위한 데이터 수집 장치.
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