KR101280061B1 - 무선망을 이용한 태양 추적 시스템, 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 추적 시스템, 장치 및 그 제어 방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 태양 추적 시스템은, 태양의 현위치를 감지하여 현 위치 데이터를 전달하는 센서; 태양추적 알고리즘을 이용하여 상기 현위치 데이터에 대응하는 모터 이동값 데이터를 결정하여 다수의 태양추적장치로 송신하는 중앙 모니터링 장치; 및 다수의 태양광 어레이에 각기 구비되어, 상기 이동값 데이터에 따라 모터를 구동하여 상기 태양광 어레이가 태양을 추적하도록 하는 다수의 태양추적장치를 포함하되, 상기 센서와 연동하는 상기 중앙 모니터링 장치와 상기 태양추적장치는 무선 인터페이스를 통해 상기 현위치 데이터와 상기 이동값 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 무선망을 이용한 태양 추적 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 무선망을 이용함으로써 비교적 낮은 초기투자비용과 유지보수비용으로 정밀한 태양추적을 수행할 수 있는 태양 추적 시스템, 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 석유나, 석탄 등과 같은 자원이 고갈됨에 따라, 대체 에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그중에도 태양 에너지를 이용하는 태양 발전 시스템이 매우 주목받고 있다.
태양 발전 시스템은 태양광을 가능한 장시간 동안 수집하면 발전량이 증가하기 때문에, 감지된 태양의 위치에 따라 모터에 의해 태양광 어레이를 이동하며 태양을 추적하는 태양추적장치를 활용한다.
종래의 태양추적장치는 각 태양광 어레이에 각기 부착된 태양추적 장치를 이용하여 태양추적과 관련된 기능과 연산을 스탠드얼론 형태로 수행하였다. 즉, 종래에는 마이크로프로세서와 소규모 메모리로 구성된 스탠드얼론 형태의 태양추적장치를 사용하였기 때문에, 구현할 수 있는 연산과 기능에 한계가 있었다.
따라서, 종래의 스탠드얼론 형태의 태양추적장치는 다양한 연산자와, 고속 연산 능력을 갖도록 구현되거나, 기후변화, 태풍 등의 자연현상과 장치소모와 충돌 등의 요인으로 발생할 수 있는 오차보상기술과 자동제어기술을 적용하거나, 정밀한 태양추적을 수행하는 것이 어려웠다.
더욱이, 양축 태양추적장치의 경우, 태양궤도 연산 프로그램 이외에 광센서, 기울기 센서 등을 부가하는 경우가 많아, 스텐드얼론 장치로 구현할 경우에는 개발비용 및 유지보수비용이 더욱 상승된다.
뿐만 아니라, 태양추적장치는 많은 기능블록을 포함하므로, 내외부 충격에 매우 민감한데, 종래의 태양추적장치는 오동작이나, 파손에 대한 안내를 관리자에게 실시간으로 알려주려면 추가적인 시스템이 필요해, 시스템 구축을 위한 추가비용이 필요하였다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 무선망을 이용한 원격 제어와 원격 연산을 통해 다수의 태양추적장치에 대한 고정밀 태양추적을 수행할 수 있는 무선망을 이용한 태양 추적 시스템, 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 고정밀 태양추적 센서를 하나만 적용하여도, 무선망을 통해 다수의 태양광 어레이 전체에 대한 고정밀 태양추적을 지원할 수 있는 태양 추적 시스템, 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 태양추적제어의 처리결과를 모니터링하여 처리실패시에 신속한 조치를 지원할 수 있는 태양 추적 시스템, 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 긴급상황발생을 모니터링할 수 있음은 물론, 실시간으로 관리자에게 알릴 수도 있는 태양 추적 시스템, 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일면에 따른 태양 추적 시스템은, 태양의 현위치를 감지하여 그에 대응하는 현위치 데이터를 송신하는 센서; 태양추적 알고리즘을 이용하여 상기 현위치 데이터에 대응하는 모터 이동값 데이터를 결정하여 다수의 태양추적장치로 송수신하는 중앙 모니터링 장치; 및 다수의 태양광 어레이에 각기 구비되어, 상기 이동값 데이터에 따라 모터를 구동하여 상기 태양광 어레이가 태양을 추적하도록 하는 다수의 태양추적장치를 포함하되, 상기 센서와 연동하는 상기 중앙 모니터링 장치와 상기 태양추적장치는 무선 인터페이스를 통해 상기 현위치 데이터와 상기 이동값 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 면에 따른 태양추적장치는, 무선 인터페이스를 통해 중앙 모니터링 장치로부터 태양의 현위치 데이터를 이용한 연산결과인 이동값 데이터를 수신하는 무선통신부; 및 상기 이동값 데이터에 따라 모터를 제어하여, 태양광 어레이가 상기 태양을 추적하며 태양 에너지를 수집하도록 하는 모터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 하나의 고정밀 연산장치 및 무선 인터페이스를 활용한 원격 통신을 통하여 다수의 태양추적장치에 대한 고정밀 태양추적을 수행할 수 있어, 하드웨어 규모를 줄일 수 있으며, 초기투자비용(구현 및 설치비용 등)을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명은 정교한 태양추적을 할 수 있는 고가의 정밀한 센서를 하나만 적용하여도, 태양광 발전소 내 태양추적장치 전체가 고정밀 태양추적을 수행하도록 할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 PC등과 같이 하드웨어 및 소프트웨어의 설계 및 업그레이드가 용이하며, 저장용량이 큰 중앙 모니터링 장치를 이용하므로, 신호처리기술, 퍼지이론, 시계열분석기술, 태양추적 오차보상 기술, 자동제어기술 등을 용이하게 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 데이터 처리 및 활용에도 유리하며, 필요시에 용이하게 업그레이드할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 태양추적제어의 처리결과를 모니터링하여 처리실패시에 신속한 조치를 지원할 수 있어, 오동작 가능성과 유지보수비용을 낮추면서, 태양광발전의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 태양추적장치에 대한 오동작이나, 파손 등과 같은 긴급상황의 발생을 실시간으로 관리자에게 보고하여 관리자가 그에 대한 신속한 조치를 취하도록 지원할 수 있으며, 그에 따라 태양추적장치의 수명을 늘리고, 유지보수비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양추적장치를 적용한 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양추적장치를 도시한 구성도.
도 3은 도 2의 일부를 보다 세부적으로 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양추적장치 제어 방법을 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양추적장치를 도시한 구성도.
도 3은 도 2의 일부를 보다 세부적으로 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양추적장치 제어 방법을 도시한 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이제 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양추적장치를 적용한 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양 추적 시스템(10)은 센서(100), 중앙 모니터링 장치(300), 다수의 태양추적장치(200) 및 중계장치(400)를 포함한다. 예컨대, 태양 추적 시스템(10)은 매쉬망 구조로 구성될 수 있다.
센서(100)는 중앙 모니터링 장치(300)에 근접하여 구비되어, 태양열이나, 태양광 등을 감지함으로써, 태양의 현위치를 감지하여 그에 대응하는 현위치 데이터를 송신한다. 이때, 센서(100)는 유무선 인터페이스를 통해 중앙 모니터링 장치(300)로 현 위치 데이터를 송신할 수 있다.
중앙 모니터링 장치(300)는 태양추적 알고리즘을 이용하여 현위치 데이터에 따른 태양의 현궤도를 확인하고, 현궤도에 대응하는 다수의 태양추적장치(200)의 모터 이동값 데이터를 결정하여 다수의 태양추적장치(200)로 송신한다. 여기서, 중앙 모니터링 장치(300)는 현궤도 확인을 위해, GPS를 이용한 현재시간정보도 함께 확인할 수 있다.
중앙 모니터링 장치(300)는 기상악화를 포함하는 긴급상황 발생시에 긴급 메시지를 송신하여 태양추적장치(200)가 그에 대응하는 기설정된 대응을 하도록 한다. 예를 들어, 중앙 모니터링 장치(300)가 심각한 우박을 경고하면, 태양추적장치(200)는 태양광 어레이가 우박에 덜 상하는 자세로 변화시키는 등의 기설정된 대응을 할 수 있다.
한편, 센서(100)는 태양의 현위치뿐만 아니라, 주변상황정보 등을 추가로 감지할 수 있다. 이 경우, 중앙 모니터링 장치(300)는 현위치 데이터와 추가로 감지된 정보를 이용하여 다수의 태양추적장치(200)의 이상발생 여부를 확인하고, 이상발생시에 이상발생을 관리자에게 실시간으로 알릴 수 있다.
다수의 태양추적장치(200)는 다수의 태양광 어레이에 각기 구비되어, 중앙 모니터링 장치(300)로부터 무선 인터페이스를 통해 송신된 이동값 데이터에 따라 모터를 구동시켜 태양광 어레이가 태양을 추적하도록 한다.
여기서, 무선 인터페이스는 지그비(ZigBee)를 포함하는 저가형 무선통신 인터페이스일 수 있다. 현재, 지그비 통신은 125kbps 통신속도로 통신가능하며, 실외에서 500m 통신거리 이내에서 송수신이 가능하며, 최대 6만5,000개의 무선통신 노드를 연결할 수 있고 250개의 노드와 동시 통신이 가능하다. 또한, 일반 소형 배터리를 이용하여 수년간 이용가능할 정도로 소비전력이 낮아, 본 발명에 따른 태양추적시스템에 적합하다. 하지만, 본 발명의 구성은 이에 제한되지 않고, 지그비 통신 이외에 다른 무선 통신방식을 채택할 수 있음은 물론이다.
중계장치(400)는 무선 인터페이스를 통해 현위치 데이터 또는 이동값 데이터를 수신하면, 태양추적장치(200)와 중앙 모니터링 장치(300)의 데이터 수신율을 높일 수 있도록, 이를 증폭하여 중계한다.
이때, 중계장치(400)는 다수의 태양추적장치(200)와는 지그비 등의 저가형 무선 인터페이스로 연결되고, 중앙 모니터링 장치(300)와는 유선 또는 무선 인터페이스로 연결될 수 있다. 또한, 중계장치(400)는 태양추적장치(200)와 중앙 모니터링 장치(300) 간의 거리가 가깝거나, 무선 인터페이스의 송수신 거리가 길다면 생략될 수 있음은 물론이다. 따라서, 중계장치(400)는 주변지형이나, 기후변화에 따라 단축되는 통신거리를 고려하여 설계되는 것이 좋다.
한편, 본 발명의 태양추적장치(200)는 이동값 데이터에 대응하도록 모터를 구동시킴에 따른 결과 메시지를 중앙 모니터링 장치(300)에 보고하며, 중앙 모니터링 장치(300)는 결과 메시지로부터 제어의 성공 여부를 확인하고, 실패시엔 이동값 데이터를 재송신하는 등의 후속 조치를 취할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양추적장치의 세부 구조에 대하여 살펴본다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양추적장치를 도시한 구성도이며, 도 3은 도 2의 일부를 보다 세부적으로 도시한 구성도이다. 도 2 및 도 3에서는 센서(100)에 의해 감지된 정보를 이용하여 현위치 데이터를 생성하는 태양추적장치(200)를 예로 들어 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양추적장치(200)는 무선통신부(210) 및 모터 제어부(220)를 포함한다.
무선통신부(210)는 무선 인터페이스를 통해 중앙 모니터링 장치(300)로부터 센서(100)에 의하여 감지된 태양의 현위치에 대응하는 모터 이동값 데이터를 수신한다.
여기서, 무선통신부(210)는 선택된 무선통신방식에 따라 물리계층과 MAC계층을 구성하고, 장치 관리의 필요성에 따라 버퍼링 크기, 오류검증 방식이나, 암호화 기법 등을 적절하게 채택하여 구성하는 것이 좋다. 특히, 송수신 주기는 본 발명에 따른 태양추적시스템(10)이 설치될 각 태양광 발전소의 특성을 고려하여 최적화된 주기로 결정하는 것이 바람직하다.
모터 제어부(220)는 이동값 데이터에 따라 모터(230)를 구동시켜 태양광 어레이가 태양을 추적하도록 한다.
상세하게는, 모터 제어부(220)는 모터 이동값 데이터를 기어 이동값으로 변환하여 모터 드라이버(221)에 전달하며, 모터 드라이버(221)는 전달받은 기어 이동값에 따라 모터(230)를 구동시킨다. 이어서, 모터 드라이버(221)는 모터구동완료를 모터 제어부(220)에 보고하며, 모터 제어부(220)는 이를 무선 통신부(210)를 통해 중앙 모니터링 장치(300)에 보고하여 원하던 제어가 수행되었음을 알린다.
한편, 태양추적장치(200)는 하나의 모터(단축) 또는 두 개의 모터(양축)로 구성될 수 있으므로, 모터 제어부(220)는 구비된 두 개의 모터를 동시에 제어할 수 있음은 물론이다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 중앙 모니터링 장치에 의한 태양추적장치 제어 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양추적장치 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 중앙 모니터링 장치(300)는 센서(100)로부터 태양의 현위치에 대응하는 현위치 데이터를 수신한다(S410).
이어서, 중앙 모니터링 장치(300)는 현위치 데이터를 이용하여 태양의 현궤도를 확인하고, 태양추적 알고리즘을 이용하여 현궤도와 현재시각에 대응하는 다수의 태양추적장치(200)의 모터 이동값 데이터를 결정한다(S420).
그 다음으로, 중앙 모니터링 장치(300)는 무선 인터페이스를 통해 이동값 데이터를 다수의 태양추적장치(200)로 송신한다(S430).
이후, 다수의 태양추적장치(200)가 이동값 데이터를 이용하여 태양을 추적하고, 태양추적의 성공 여부를 보고하기 위해 결과 메시지를 송신함에 따라, 중앙 모니터링 장치(300)는 결과 메시지를 수신한다(S440).
그리고, 중앙 모니터링 장치(300)는 태양추적제어에 성공하였는지 여부를 확인한다(S450). 중앙 모니터링 장치(300)는 확인결과 태양추적에 실패하였으면, 다수의 태양추적장치(200)에 추가적인 태양추적제어를 지시할 수 있다.
또한, 중앙 모니터링 장치(300)는 이동값 데이터를 송신한 후 기설정된 시간이 경과해도 결과 메시지가 수신되지 않으면, 태양추적제어에 실패하였다고 판단하여 추가적인 태양추적제어를 지시할 수 있다.
한편, 중앙 모니터링 장치(300)는 기상조건을 포함하는 긴급상황 발생시에(S460) 긴급 메시지를 무선 인터페이스로 송신하며(S470), 태양추적장치(200)는 긴급 메시지에 대응하는 기설정된 제어를 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 하나의 고정밀 연산장치와, 그에 대한 원격 제어를 통하여 다수의 태양추적장치에 대한 고정밀 태양추적을 수행할 수 있어, 하드웨어 규모를 줄일 수 있으며, 초기투자비용(구현 및 설치비용 등)을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명은 정교한 태양추적을 할 수 있는 고가의 정밀한 센서를 하나만 적용하여도, 태양광 발전소 내 태양추적장치 전체가 고정밀 태양추적을 수행하도록 할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 PC등과 같이 하드웨어 및 소프트웨어의 설계 및 업그레이드가 용이하며, 저장용량이 큰 중앙 모니터링 장치를 이용하므로, 신호처리기술, 퍼지이론, 시계열분석기술, 태양추적 오차보상 기술, 자동제어기술 등을 용이하게 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 데이터 처리 및 활용에도 유리하며, 필요시에 용이하게 업그레이드할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 태양추적제어의 처리결과를 모니터링하여 처리실패시에 신속한 조치를 지원할 수 있어, 오동작 가능성과 유지보수비용을 낮추면서, 태양광발전의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 태양추적장치에 대한 오동작이나, 파손 등과 같은 긴급상황의 발생을 실시간으로 관리자에게 보고하여 관리자가 그에 대한 신속한 조치를 취하도록 지원할 수 있으며, 그에 따라 태양추적장치의 수명을 늘리고, 유지보수비용을 줄일 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (4)
- 태양광 또는 태양열을 감지함에 따라 태양의 현위치를 감지하여 현위치 데이터를 전달하는 센서;
GPS 시간정보와 상기 현위치 데이터를 확인하고, 태양추적 알고리즘을 이용하여 상기 GPS 시간정보와 상기 현위치 데이터에 따른 상기 태양의 현궤도를 확인하며, 상기 태양의 현궤도에 대응하는 모터 이동값 데이터를 결정하여 무선 인터페이스를 통해 송신하는 중앙 모니터링 장치; 및
다수의 태양광 어레이에 각기 구비되어, 상기 무선 인터페이스를 통해 상기 이동값 데이터를 수신하면, 상기 이동값 데이터에 따라 모터를 구동하여 상기 태양광 어레이가 태양을 추적하도록 제어하는 다수의 태양추적장치를 포함하되,
상기 중앙 모니터링 장치는, 기상악화를 포함하는 긴급상황 발생시에 긴급 메시지를 상기 다수의 태양추적장치에 송신하며, 상기 다수의 태양추적장치는, 상기 긴급 메시지를 수신하면, 상기 긴급 메시지에 대응하는 기설정된 제어를 수행하며,
상기 센서는, 주변상황정보를 감지하며,
상기 중앙 모니터링 장치는, 상기 현위치 데이터와 상기 주변상황정보를 이용하여 상기 다수의 태양추적장치의 이상발생 여부를 확인하고, 이상발생시 관리자에게 통지하는 것인 태양 추적 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 태양추적장치는, 상기 이동값 데이터에 대응하도록 상기 모터를 구동시킴에 따른 결과 메시지를 상기 중앙 모니터링 장치에 보고하며,
상기 중앙 모니터링 장치는 상기 결과 메시지로 제어의 성공 여부를 확인하고, 실패시엔 후속 조치를 취하는 것인 태양 추적 시스템. - 삭제
- 센서가, 태양광 또는 태양열을 감지함에 따라 태양의 현위치를 감지하여 현위치 데이터를 전달하는 단계;
상기 센서가, 주변상황정보를 감지하는 단계;
중앙 모니터링 장치가, 상기 현위치 데이터와 상기 주변상황정보를 이용하여 각 태양추적장치의 이상발생 여부를 확인하고, 이상발생시 관리자에게 통지하는 단계;
상기 중앙 모니터링 장치가, GPS 시간정보와 전달된 상기 현위치 데이터를 확인하고, 태양추적 알고리즘을 이용하여 상기 GPS 시간정보와 상기 현위치 데이터에 따른 상기 태양의 현궤도를 확인하는 단계;
상기 중앙 모니터링 장치가, 상기 태양의 현궤도에 대응하는 모터 이동값 데이터를 결정하여 무선 인터페이스를 통해 송신하는 단계;
상기 각 태양추적장치가, 상기 무선 인터페이스를 통해 상기 이동값 데이터를 수신하면, 상기 이동값 데이터에 대응하여 구비된 모터를 구동해 다수의 태양광 어레이가 태양을 추적하도록 제어하는 단계;
상기 중앙 모니터링 장치가, 기상악화를 포함하는 긴급상황 발생시에 긴급 메시지를 상기 각 태양추적장치에 송신하는 단계; 및
상기 각 태양추적장치가, 상기 긴급 메시지를 수신하면, 상기 긴급 메시지에 대응하는 기설정된 제어를 수행하는 단계
를 포함하는 태양 추적 시스템 제어 방법.
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| KR1020100091076A KR101280061B1 (ko) | 2010-09-16 | 2010-09-16 | 무선망을 이용한 태양 추적 시스템, 장치 및 그 제어 방법 |
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