KR101516603B1 - 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템에 관한 것으로, 그 구성은 패널스트링성능진단노드 (S-Node), 패널성능진단노드(P-Node), 태양광 패널스트링, 인버터, 게이트웨이, 저전력무선센서 네트워크, 저전력 무선 모듈 및 감시서버가 통신망을 통해 연동된 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템에 있어서, 태양광 패널 스트링에서 생산되는 전력이 접속함에 인입여부를 확인하거나 패널 스트링의 전류, 전압 정보를 수집, 연산, 분석하여 저전력무선 센서 네트워크로 전달하는 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node); 운용 중인 태양광 패널 스트링 내의 개별 패널의 발전 전압 및 정보 변화를 실시간 측정, 축적하여 상기 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node)로 RS-485 인터페이스를 통해 전달하여 개별 패널의 성능을 진단에 필요한 정보를 제공하는 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node); 반도체 소자를 이용하여 다양한 형태로 구성되어 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것으로 생성된 전력의 전류 또는 전압이 상기 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)에 의해 측정, 축적되는 태양광 패널 스트링; 상기 태양광 패널 스트링에 의해 발생된 직류(DC)를 교류(AC)로 변환시켜 배전반을 통해 저전압의 교류를 고전압으로 승압시켜 전력계통시스템으로 전송하는 인버터; 저전력 무선센서 네트워크와 인터넷이 유무선 정합하여 감시서버와 연동하여 유무선 공유기를 통하여 웹 카메라에 원격 접속하여 실시간 영상을 감시할 수 있도록 구성된 게이트웨이; 및 패널표면 온도센서, 온습도센서, 일사량센서, 먼지센서로 구성되어 태양광 패널 스트링, 인버터의 성능에 영향을 제공하는 패널표면 온도, 온습도, 일사량, 먼지의 환경 상태정보를 센서를 통해 수집하여 발전량 불균형으로 인한 발전 성능저하를 조속히 조치할 수 있도록 해당 상태정보를 저전력무선센서 네트워크를 통해 감시서버로 전송하는 환경측정센서;를 포함하여 구성된다.
이에, 본 발명은 태양광 패널 스트링에서 생산되는 전력을 모니터링하기 위해 패널 스트링별 패널성능진단노드(P-Node)를 플러그-인(Plug-in) 형태로 쉽게 접속하도록 구성하여 패널별 생산되는 전압을 용이하게 확인하며, 패널성능진단노드를 통해 패널, 접속함의 장애상태를 용이하게 확인하여 설비의 성능을 모니터링 할 수 있는 효과를 제공한다.
이에, 본 발명은 태양광 패널 스트링에서 생산되는 전력을 모니터링하기 위해 패널 스트링별 패널성능진단노드(P-Node)를 플러그-인(Plug-in) 형태로 쉽게 접속하도록 구성하여 패널별 생산되는 전압을 용이하게 확인하며, 패널성능진단노드를 통해 패널, 접속함의 장애상태를 용이하게 확인하여 설비의 성능을 모니터링 할 수 있는 효과를 제공한다.
Description
본 발명은 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 태양광 패널 스트링에서 생산되는 전력을 모니터링하기 위해 패널 스트링별 패널성능진단노드(P-Node)를 플러그-인(Plug-in) 형태로 쉽게 접속하도록 구성하여 패널 스트링별 생산되는 전류를 용이하게 확인하며, 패널성능진단노드를 통해 패널, 접속함의 장애상태를 용이하게 확인하여 설비의 성능을 모니터링 할 수 있는 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템에 관한 것이다.
태양광 발전시스템은 태양전지 모듈에서 태양광을 이용해 발생된 전기(DC)를 인버터에서 직류(AC)로 변환하고, 교류배전반에서 승압(380V ∼ 22.9kV)하여 한국전력 배전계통(KEPCO)을 통해 전력계통으로 전량 역송하고 있다.
한편, 최근에는 태양광 발전시스템의 공급이 급증함에 따라, 원격에서 태양광 발전시스템 전체의 운전상태를 계측하고 모니터링하여 운영할 필요성이 매우 커졌다.
즉, 태양광 발전시스템을 구성하는 태양전지 모듈, 인버터 및 교류배전반에 반드시 필요한 신호를 각각 검출하여 하나의 통합 시스템에서 모니터링하여 원격지에서도 신호검출, 모니터링 및 운영상태가 확인될 수 있어야 한다.
그러나, 태양광 발전시스템을 구성하는 태양전지 모듈, 인버터 및 교류배전반의 특성이 모두 달라, 사용자가 전체 태양광 발전시스템의 운전상태를 통합적으로 모니터링하는데 어려움이 있다.
일반적으로 태양광 모니터링 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 태양광을 이용해 전기를 발생시키는 태양광 발전시스템(200), 태양광 발전시스템에서 발생된 전기를 전송받아 각 가정 또는 상업시설에 분배하기 위한 전력계통 시스템(300), 태양광 발전시스템의 동작을 모니터링하는 모니터링 단말기(400) 및 모니터링 단말기와 인터넷과 같은 공유 네트워크를 통해 연결되어 원격에서도 태양광 발전시스템의 동작을 모니터링할 수 있는 원격 단말기(500)를 포함하고 있다.
태양광 발전시스템(200)은 태양광을 이용하여 전기를 발생시키기 위한 것으로서, 빛에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양광 셀 어레이(210), 태양광 셀 어레이에서 발생된 직류(DC)를 교류(AC)로 변환시키는 인버터(220), 인버터에서 변환된 저전압의 교류를 고전압으로 승압시켜 전력계통시스템(400))으로 전송하기 위한 배전반(130)을 포함한다.
태양광 셀 어레이(210)은 반도체 소자를 이용하여 다양한 형태로 구성되어, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것으로서, 태양광 셀 어레이(210)에는 생성된 전기의 전류 또는 전압을 감지할 수 있는 모듈센서(211)가 구비되어 있으며, 모듈센서에서 감지된 감지신호는 모니터링 단말기로 전송된다.
인버터(120)는 태양광 셀 어레이에서 태양광을 이용해 발생된 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하기 위한 것으로서, 인버터를 이용하여 직류가 교류로 변환된다. 한편, 인버터에는 생성된 전기의 직류전류(DC A), 직류전압(DC V), 교류전류(AC A), 교류전압(AC V), 인버터의 온도(Temp) 및 인버터의 오작동 상태(Status)를 감지할 수 있는 인버터센서(221)가 구비되어 있으며, 인버터센서에서 감지된 감지신호는 모니터링 단말기로 전송된다.
교류배전반(230)은 인버터에서 변환된 교류전압을 승압하는 기능을 수행한다. 한편, 배전반에는 교류로 변환된 전기의 교류전류(AC A), 교류전압(AC V), 역률, 주파수, 배전반의 온도(Temp) 및 배전반의 오작동 상태(Status)를 감지할 수 있는 배전반센서(231)가 구비되어 있으며, 배전반센서에서 감지된 감지신호는 모니터링 단말기로 전송된다.
첨부된 도 2에 도시된 태양광 패널스트링 모니터링 구성에 따르면, 태양광 발전 시설 모니터링 시스템은 전류 센서, 전압 센서, 일사량 센서, 패널 표면 온도 센서 등을 사용하여, 태양광 패널, 인버터 등의 성능을 실시간으로 모니터링하여, 발전량 불균형으로 인한 발전 성능 저하를 조속히 조치하여 발전소 전체의 발전 성능을 향상시키는 역할을 수행한다. 이를 위해 태양광 발전 설비를 구축하는 시점에 발전 설비와 함께 설비의 성능을 모니터링 할 수 있는 시스템을 함께 설치하고 있는데, 인버터 기반의 단순 발전 모니터링 서비스를 이용하고 있기 때문에 발전설비의 통합적인 유지보수 서비스가 이루어지지 않고, 패널 스트링 별로 성능 진단 모니터링 수행이 불가능하고 성능진단시 선로의 장애나 특정 패널 또는 어레이에서 전력 생산에 대해 모니터링을 할 수 없고, 불량의 패털 스트링에 대해 개별적으로 확인할 수 없는 문제점이 대두되고, 이로 인한 유지보수 및 관리상의 한계가 있는 것이 현실이다.
또한, 상기 태양광 발전 시스템은 설치 후 정기적인 유지보수와 원격 모니터링에 의하여 적절한 시점에 소모품 교체를 하고, 발전효율의 방해물 제거 작업을 필요하며 대부분 태양광 발전 설비 구축업체에서 제공하는 인버터 기반의 단순 발전 모니터링 서비스를 이용하고 있기 때문에 발전 설비의 통합적인 유지보수 서비스가 이루어지지 않고 있는 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양광 패널 스트링에서 생산되는 전력을 모니터링하기 위해 패널 스트링별 패널성능진단노드(P-Node)를 플러그-인(Plug-in) 형태로 쉽게 접속하도록 구성하여 패널 스트링별 생산되는 전압을 용이하게 확인하며, 패널성능진단노드를 통해 패널, 접속함의 장애상태를 용이하게 확인하여 설비의 성능을 모니터링 할 수 있는 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 접속함에 쉽게 플러그-인(Plug-in) 되도록 구성된 패널 스트링 성능 진단용 저전력 무선 센서 노드(S-Node)를 통해 태양광 패널 스트링과 연결된 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)에서 전송되는 패널 스트링의 전류, 전압의 실시간 데이터를 수집하고, 태양광 패널 스트링에서 생산되는 전력이 접속함에 인입 여부를 확인하거나 패널 스트링의 전류, 전압 정보를 수집, 연산, 분석이 가능한 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 기 설치되어 운용중인 태양광 발전 설비에 플러그-인(Plug-in) 형태로 쉽게 접속하도록 하여 태양광 발전 설비의 성능을 평가하고 보안(Security)서비스를 제공할 수 있는 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템은, 패널스트링성능 진단노드(S-Node), 패널성능 진단노드(P-Node), 태양광 패널스트링, 인버터, 게이트웨이, 저전력 무선센서 네트워크, 저전력 무선 모듈 및 감시서버가 통신망을 통해 연동된 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템에 있어서, 태양광 패널 스트링에서 생산되는 전력이 접속함에 인입 여부를 확인하거나 패널 스트링의 전류, 전압 정보를 수집, 연산, 분석하여 저전력 무선센서 네트워크로 전달하는 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node); 운용 중인 태양광 패널 스트링 내의 개별 패널의 발전 전압 및 정보 변화를 실시간 측정, 축적하여 상기 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node)로 RS-485 인터페이스를 통해 전달하여 개별 패널의 성능을 진단에 필요한 정보를 제공하는 개별패널성능 진단용 센서노드(P-Node); 반도체 소자를 이용하여 다양한 형태로 구성되어 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것으로 생성된 전력의 전류 또는 전압이 상기 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)에 의해 측정, 축적되는 태양광 패널 스트링; 상기 태양광 패널 스트링에 의해 발생된 직류(DC)를 교류(AC)로 변환시켜 배전반을 통해 저전압의 교류를 고전압으로 승압시켜 전력계통시스템으로 전송하는 인버터; 저전력 무선센서 네트워크와 인터넷이 유무선 정합하여 감시서버와 연동하여 유무선 공유기를 통하여 웹 카메라에 원격 접속하여 실시간 영상을 감시할 수 있도록 구성된 게이트웨이; 및 패널표면 온도센서, 온습도센서, 일사량센서, 먼지센서로 구성되어 태양광 패널 스트링, 인버터의 성능에 영향을 제공하는 패널표면 온도, 온습도, 일사량, 먼지의 환경 상태정보를 센서를 통해 수집하여 발전량 불균형으로 인한 발전 성능저하를 조속히 조치할 수 있도록 해당 상태정보를 저전력 무선센서 네트워크를 통해 감시서버로 전송하는 환경측정센서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 저전력 무선센서 네트워크는 상기 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node)에서 수집, 연산, 분석된 태양광 패널 스트링의 생산된 전류, 전압정보를 수신하여 게이트웨이를 통해 감시서버로 전송하거나, 환경측정센서의 감지된 표면온도, 일사량, 대기 온습도, 먼지의 센싱정보와 설비방범센서의 감지된 인체감지, 적외선감지, 화재감지의 센싱정보를 수신하여 게이트웨이를 통하여 감시서버로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)는 운용 중인 각 태양광 패널 스트링에 J-box를 이용하여 커넥터 형태로 플러그-인(Plug-in) 가능하도록 구성되고, 패널별로 연결되어 각 패널의 상태정보를 확인할 수 있으며, 스트링별로 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node)와 스트링별로 연동되어 연결되어 RS-485 통신을 통해 각 패널 스트링별 생산되는 전압정보 및 개별 패널의 성능을 진단할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 패널 스트링 성능 진단용 저전력 무선 센서 노드(S-Node)는 운용중인 접속함에 쉽게 플러그-인(Plug-in)인 되도록 구성되고, 상기 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)를 통해 전송되는 패널의 전류, 전압의 실시간 데이터를 수집하고, 태양광 패널 스트링에서 생산되는 전력이 접속함에 인입 여부를 확인하거나 패널 스트링의 전류, 전압 정보를 수집, 연산, 분석하여 저전력 무선 센서네트워크로 전송하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 패널 스트링 성능 진단용 저전력 무선 센서 노드 개발(S-Node)은 최소 16개의 패널 스트링의 전류 측정이 가능하도록 하며, 64채널까지 확장이 용이하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템은, 태양광 패널 모듈의 열화, 및 서지(surge)에 의한 파손, 패널의 오염, 인버터 등 부품의 한계수명, 전기회로의 이상 등 발전 시스템의 방해요소 등을 사물지능 통신 기술과 태양광 발전 시스템 성능 예측 기술을 접목하여 태양광 발전 설비의 초기 발전효율을 유지할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템은, 태양광 패널 스트링에서 생산되는 전력을 모니터링하기 위해 패널 스트링별 패널성능 진단노드(P-Node)를 플러그-인(Plug-in) 형태로 쉽게 접속하도록 구성하여 패널별 생산되는 전압을 용이하게 확인하며, 패널성능 진단노드를 통해 패널, 접속함의 장애상태를 용이하게 확인하여 설비의 성능을 모니터링 할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템은, 전용 태양광 발전성능 진단 시스템이 구축되지 않은 현장에서 태양광 패널 스트링에 커넥터 형태로 쉽게 플러그-인(Plug-in)할 수 있는 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)를 적용함으로써 태양광 발전 설비의 원격 성능진단 및 모니터링을 수행하여 전체 시스템의 성능을 기대 수명만큼 유지하므로서 태양광 발전 시스템의 경제적 이득 창출을 기대할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템은, 발전소 내의 태양광 패널 스트링을 유형별로 구분하고, 동일한 조건의 태양광 패널 스트링들이 생산하는 전력을 비교하여, 성능이 저하되거나, 불량인 태양 전지 어레이를 구분함으로써 패널이나 접속함 교체에 따른 불편 및 비용적인 부담을 최소화할 수 있는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템은, 상황 인지 기술(Context Awareness)을 적용하여, 생산 전력, 표면 온도, 대기 온습도, 일사량, 먼지 등과 같은 Context를 기반으로 태양광 패널의 성능이 일조량 변화에 의한 것인지, 패널 모듈의 열화에 의한 성능 저하인지, 비, 눈, 황사, 꽃가루 등 패널 표면의 오염물질에 의한 것인지를 상황 인지 기술을 이용하여 판단함으로써 효율적인 태양광 패널 스트링을 관리할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 통상적인 태양광 모니터링 시스템의 구성을 도시한 구조도
도 2는 종래의 태양광 발전 모니터링 시스템의 태양광 패널스트링 모니터링 구성을 도시한 구성도
도 3은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템의 구성도
도 4는 도 3에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템의 블록도
도 5는 도 3에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템의 태양광 패널스트링 모니터링 구성을 도시한 구성도
도 6은 도 5에 따른 P-Node 및 S-Node의 세부구성을 도시한 태양광 패널스트링 모니터링 구성도
도 2는 종래의 태양광 발전 모니터링 시스템의 태양광 패널스트링 모니터링 구성을 도시한 구성도
도 3은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템의 구성도
도 4는 도 3에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템의 블록도
도 5는 도 3에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템의 태양광 패널스트링 모니터링 구성을 도시한 구성도
도 6은 도 5에 따른 P-Node 및 S-Node의 세부구성을 도시한 태양광 패널스트링 모니터링 구성도
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
도 3은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템의 구성도이고, 도 4는 도 3에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템의 블록도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템은 패널스트링 성능 진단노드(S-Node)(10), 패널성능 진단노드(P-Node)(20), 태양광 패널스트링(30), 인버터(40), 게이트웨이(50), 저전력 무선센서 네트워크(60), 환경측정센서(70), 설비방범센서(80), 저전력 무선 모듈, 통신망(90), 감시서버(100) 및 휴대단말(110)을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따라 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템에 대해 상세한 설명을 기술한다.
상기 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node)(10)는 운용중인 접속함에 쉽게 플러그-인(Plug-in)이 가능하고, 태양광 셀 어레이 즉 태양광 패널 스트링(30)에서 생산되는 전력이 접속함에 인입 여부를 확인하거나 패널 스트링의 전류, 전압 정보를 수집, 연산, 분석하여 저전력무선 센서네트워크(60)로 전달하고, 상기 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)(20)는 운용 중인 태양광 패널에 커넥터 형태로 쉽게 플러그-인(Plug-in) 가능하도록 구성되고, 각 태양광 패널 스트링(30) 내의 개별 패널의 발전 전압 및 정보 변화를 실시간 측정, 축적하여 상기 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node)(10)로 RS-485 인터페이스를 통해 전달하여 개별 패널의 성능을 진단할 수 있도록 한다.
태양광 패널 스트링(30)은 반도체 소자를 이용하여 다양한 형태로 구성되어 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것으로 생성된 전기의 전류 또는 전압이 상기 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)(20)에 의해 측정, 축적되도록 구성된다.
상기 인버터(40)는 상기 태양광 패널 스트링(30)에 의해 발생된 직류(DC)를 교류(AC)로 변환시켜 배전반을 통해 저전압의 교류를 고전압으로 승압시켜 전력계통시스템으로 전송되도록 구성된다.
또한, 게이트웨이(50)는 저전력 무선센서 네트워크(60)와 인터넷이 유무선 정합하여 감시서버(100)와 연동하여 유무선 공유기를 통하여 웹 카메라에 원격 접속하여 실시간 영상을 감시할 수 있도록 구성되고, 저전력 무선센서 네트워크(60)는 상기 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node)(10)에서 수집, 연산, 분석된 태양광 패널 스트링(30)의 생산된 전류, 전압정보를 수신하여 게이트웨이(50)를 통해 감시서버(100)로 전송하거나, 환경측정센서(70)의 감지된 표면온도, 일사량, 대기 온습도, 먼지의 센싱 정보와 상기 설비방범센서(80)의 감지된 인체감지, 적외선감지, 화재감지의 센싱 정보를 수신하여 게이트웨이(50)를 통하여 감시서버(100)로 전송하도록 구성된다.
또한, 환경측정센서(70)는 패널표면 온도센서, 온습도센서, 일사량센서, 먼지센서로 구성되어 태양광 패널 스트링(30), 인버터(40)의 성능에 영향을 제공하는 패널표면 온도, 온습도, 일사량, 먼지의 환경 상태정보를 센서를 통해 수집하여 발전량 불균형으로 인한 발전 성능저하를 조속히 조치할 수 있도록 해당 상태정보를 상기 저전력 무선센서 네트워크(60)를 통해 감시서버(100)로 전송하도록 구성된다.
상기 설비방범센서(80)는 인체감지센서, 적외선감지센서, 화재감지센서로 구성되어 외적인 환경상태에 따라 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템의 원할한 유지보수, 관리를 위해 해당 인체감지, 화재감지 등의 상태정보를 상기 저전력 무선센서 네트워크(60)를 통해 감시서버(100)로 전송하도록 구성된다.
즉, 태양광 패널 스트링(30)의 출력은 표면온도 상승으로 인한 일시적 출력저하나 패널 모듈의 열화로 인한 출력 저하 또는 비산먼지, 황사 등 패널 표면의 오염에 위한 출력 저하나 적설이나 연무, 안개, 구름 낀 날씨 등 일조권의 영향에 의한 출력 저하 등 다양한 조건에 따라 출력저하가 발생할 수 있다. 따라서, 측정센서(70, 80)를 통해 이러한 출력저하 요인 중 USN 기반 상황인지 기술을 이용하여 태양광 패널의 발전 효율을 저해하는 원인을 자체적으로 감지하여 출력 저하 요인을 제거함으로서 태양광 발전 시설의 효율을 최상의 상태로 유지하거나 높일 수 있다.
상기 통신망(90)은 대용량, 장거리 음성 및 데이터 서비스가 가능한 대형 통신망의 고속 기간 망인 통신망이며, 인터넷(Internet) 또는 고속의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 차세대 유선 및 무선 망일 수 있다. 통신망(20)이 이동통신망일 경우 동기식 이동 통신망일 수도 있고, 비동기식 이동 통신망일 수도 있다. 비동기식 이동 통신망의 일 실시 예로서, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 방식의 통신망을 들 수 있다. 이 경우 도면에 도시되진 않았지만, 통신망(20)은 RNC(Radio Network Controller)을 포함할 수 있다. 한편, WCDMA망을 일 예로 들었지만, 3G LTE망, 4G망 등 차세대 통신망, 그 밖의 IP를 기반으로 한 IP 망일 수 있다. 통신망(90)은 감시서버(100), 게이트웨이(50) 및 휴대단말(110)과 연동되어 시스템 상호 간의 호 및 데이터를 상호 전달하는 역할을 한다.
상기 감시서버(100)는 상황인지 기반 통합감시를 위해 상황정보 수집, 상황정보 필터링, 상황정보 모델링, 상황정보 융합 및 추론, 다중센서간 최적 서비스를 위한 모니터링 구성, 상기 통신망(90)과 통해 휴대단말(110)에 원격으로 실시간 영상 및 상태정보를 감시할 수 있는 기능을 제공하도록 구성된다.
즉, 상기 감시서버(100)는 로지스틱 회귀분석 기반 상황정보 추론 기술을 이용하여 저비용으로 구축된 낮은 수준의 상황정보로부터 패널의 출력저하 상황을 패널의 열화에 의한 것인지, 오염에 의한 것인지, 기상조건에 의한 것인지 등 수준별 상황정보로 유추하여 운용자 및 휴대단말(110) 단말 사용자에게 제공함으로서 태양광 발전설비를 최적으로 운용할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 휴대단말(110)는 앱(APP) 기능과 연동되도록 구성되어 통신망(90)을 통해 태양광 발전 설비 통합 감시하고, 웹 카메라를 통한 실시간 영상 모니터링 및 태양광 발전 설비 이상 발생 시 알림 Push 서비스를 제공한다.
즉, 휴대단말(110)은 앱(APP)을 통해 태양광 발전 설비의 발전량과 패널 성능정보, 환경측정 센서 정보를 실시간으로 조회하고, 설치된 방범용 원격 카메라를 통해 실시간 영상 화면을 모니터링하고, 현장의 태양광 발전 설비 이상 발생 시 실시간 알림 기능을 제공한다.
한편, 저전력 무선 모듈은 상기 게이트웨이(50), 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서노드(S-Node)(10), 환경측정센서(70), 설비방범센서(80)에 실장되어 무선통신을 통해 해당 기기의 상태정보를 확인할 수 있도록 무선 모듈로 구성된다.
도 5는 도 3에 따른 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템의 태양광 패널스트링 모니터링 구성을 도시한 구성도이고, 도 6은 도 5에 따른 P-Node 및 S-Node의 세부구성을 도시한 태양광 패널스트링 모니터링 구성도를 나타낸다.
첨부된 도 5 및 도 6을 참조하여 세부동작을 살펴보면, 상기 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)(20)는 운용 중인 각 태양광 패널에 커넥터 형태로 플러그-인(Plug-in) 가능하도록 구성되고, 패널별로 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node)(10)와 연결되어 RS-485 통신을 통해 각 패널 스트링(30)로 상태 정보 즉, 패널 스트링(30)에서 생산된 전류, 전압 정보를 전송한다.
보다 세부적으로 상기 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)(20)은 운용 중인 패널 스트링(30) 내에 J-box를 이용하여 플러그-인(Plug-in) 되어 각 패널에서 생산되는 전압 정보를 실시간으로 측정하는데, P-Node(20)간 저전력 센서로 구성된 voltage Senssor는 P-Node로 인한 전력 손실을 최소화 되도록 구성되고 S-Node(10)와 RS-485 통신을 통해 패널 스트링(30) 별 생산된 전압 정보를 전송하도록 구성된다. 이때, 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)(20)는 패널별로 연결되어 각 패널별 상태정보를 확인할 수 있으며, 스트링별로 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node)(10)와 스트링별로 연동되어 P-Node(10)의 스트링별 생산되는 전압정보를 실시간으로 측정할 수 있으며 개별 패널의 성능을 진단할 수 있다.
패널 스트링 성능 진단용 저전력 무선 센서 노드 개발(S-Node)(10)는 운용중인 접속함에 쉽게 플러그-인(Plug-in)이 가능하고, 태양광 셀 어레이 즉 태양광 패널 스트링(30)에서 생산되는 전력이 접속함에 인입 여부를 확인하거나 패널 스트링의 전류, 전압 정보를 수집, 연산, 분석하여 저전력 무선센서 네트워크(60)로 전달하도록 구성되는데, 상기 S-Node(10)는 운용중인 접속함에 플러그-인(Plug-in)되어, 접속함에 인입되는 패널 스트링(30)의 전류/전압 정보를 읽을 수 있는데, 이는 상기 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)(20)를 통해 RS-485 인터페이스를 통해 전송되는 태양광 패널 스트링(30)의 전류, 전압의 실시간 데이터를 측정할 수 있다.
따라서, 태양광 패널 스트링(30)에서 생산되는 전력이 접속함에 인입 여부를 확인하거나 패널 스트링의 전류, 전압 정보를 수집, 연산, 분석하여 저전력 무선센서 네트워크(60)로 전달하게 되는데, S-Node(30) 내 무선센서 모듈을 통해 게이트웨이(50)을 통해 감지서버(100), 휴대단말(110)로 전송할 수 있다.
상기 패널 스트링 성능 진단용 저전력 무선 센서 노드 개발(S-Node)(10)은 최소 16개의 패널 스트링의 전류 측정이 가능하도록 하며, 64채널까지 확장이 용이하도록 구성된다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 패널스트링성능진단노드(S-Node) 20 : 패널성능진단노드(P-Node)
30 : 태양광 패널 스트링 40 : 인버터
50 : 게이트웨이 60 : 저전력무선센서 네트워크
70 : 환경측정센서 80 : 설비방범센서
90 : 통신망 100 : 감시서버
110 : 휴대단말
30 : 태양광 패널 스트링 40 : 인버터
50 : 게이트웨이 60 : 저전력무선센서 네트워크
70 : 환경측정센서 80 : 설비방범센서
90 : 통신망 100 : 감시서버
110 : 휴대단말
Claims (5)
- 패널스트링성능 진단노드(S-Node), 패널성능 진단노드(P-Node), 태양광 패널스트링, 인버터, 게이트웨이, 저전력 무선센서 네트워크, 저전력 무선 모듈 및 감시서버가 통신망을 통해 연동되고, 태양광 패널 스트링에서 생산되는 전력이 접속함에 인입여부를 확인하거나 패널 스트링의 전류, 전압 정보를 수집, 연산, 분석하여 저전력무선 센서 네트워크로 전달하는 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node); 운용 중인 태양광 패널 스트링 내의 개별 패널의 발전 전압 및 정보 변화를 실시간 측정, 축적하여 상기 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node)로 RS-485 인터페이스를 통해 전달하여 개별 패널의 성능을 진단에 필요한 정보를 제공하는 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node); 반도체 소자를 이용하여 다양한 형태로 구성되어 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것으로 생성된 전력의 전류 또는 전압이 상기 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)에 의해 측정, 축적되는 태양광 패널 스트링; 상기 태양광 패널 스트링에 의해 발생된 직류(DC)를 교류(AC)로 변환시켜 배전반을 통해 저전압의 교류를 고전압으로 승압시켜 전력계통시스템으로 전송하는 인버터; 저전력 무선센서 네트워크와 인터넷이 유무선 정합하여 감시서버와 연동하여 유무선 공유기를 통하여 웹 카메라에 원격 접속하여 실시간 영상을 감시할 수 있도록 구성된 게이트웨이; 및 패널표면 온도센서, 온습도센서, 일사량센서, 먼지센서로 구성되어 태양광 패널 스트링, 인버터의 성능에 영향을 제공하는 패널표면 온도, 온습도, 일사량, 먼지의 환경 상태정보를 센서를 통해 수집하여 발전량 불균형으로 인한 발전 성능저하를 조속히 조치할 수 있도록 해당 상태정보를 저전력 무선센서 네트워크를 통해 감시서버로 전송하는 환경측정센서;를 포함하여 구성된 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템에 있어서,
상기 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)는
운용 중인 각 태양광 패널 스트링 내에 J-box를 이용하여 커넥터 형태로 플러그-인(Plug-in) 가능하도록 구성되고, 패널별로 연결되어 각 패널의 상태정보를 확인할 수 있으며, 패널 스트링 성능 진단용 저전력 센서 노드(S-Node)와 각 패널 스트링별로 연동되어 RS-485 통신을 통해 각 패널 스트링별 생산되는 전류, 전압 정보 및 개별 패널의 성능을 진단할 수 있도록 구성되고,
패널 스트링 성능 진단용 저전력 무선 센서 노드(S-Node)는
운용중인 접속함에 쉽게 플러그-인(Plug-in)인 되도록 구성되고, 상기 개별 패널 성능 진단용 센서 노드(P-Node)를 통해 RS-485 인터페이스로 전송되는 태양광 패널 스트링의 각 패널의 전류, 전압의 실시간 데이터를 수집하고, 태양광 패널 스트링에서 생산되는 전력이 접속함에 인입 여부를 확인하거나 패널 스트링의 전류, 전압 정보를 수집, 연산, 분석하여 저전력 무선센서 네트워크로 전송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 저전력 센서 네트워크를 이용한 플러그-인 타입의 상황인지 기반 태양광 설비 통합 감시 시스템.
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