KR101428911B1 - 태양광 가로등의 지능형 이상신호 경보 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 가로등의 지능형 경보 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 태양광 모듈로부터 생성된 전압을 이용하는 전압이용 구성들과, 전압이용 구성들 각각으로부터 특성값을 감지하는 센서들과, 센서들로부터 출력된 특성값을 입력 맴버쉽 함수로 하여 입력 맴버쉽 함수에 대해 퍼지 로직 알고리즘을 적용하여 전압이용 구성들의 안정도 상태를 판단하는 제어부와, 안정도 상태를 출력하는 출력부를 포함하도록 구성하여, 태양광 모듈의 교체 시기, 컨트롤러의 작여 여부, 배터리의 교체 시기, 라이트의 교체 시기 등을 경보해 주도록 함으로써 태양광 가로등에 대한 신뢰성 높은 관리가 가능하다.

Description

태양광 가로등의 지능형 이상신호 경보 시스템 및 방법{INTELLIGENT ALARM SYSTEM AND METHOD FOR PHOTOVOLTAIC STREET LIGHT}

본 발명은 태양광 가로등을 관리하기 위한 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 가로등의 주요 부품인 태양광 모듈과 배터리를 포함하는 구성들에서 각각 감지된 특징값에 대해 퍼지 로직 알고리즘을 적용하여 태양광 가로등의 효율적인 관리를 수행할 수 있는 태양광 가로등의 지능형 경보 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 태양광 가로등은 태양광 모듈에서 태양광을 받아 들여 이를 전기에너지로 변환하고, 이 전기에너지를 배터리에 저장하여 야간에 점등이 이루어질 수 있도록 구성되어 있다.

이러한 태양광 가로등은 배터리의 용량이 정해진 관계로, 과충전이 이루어지거나, 과방전이 이루어지는 것을 방지하기 위한 안전장치를 구비하고 있다.

그러면, 여기서 기존의 태양광 가로등에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 기존의 태양광 가로등의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 기존의 태양광 가로등은, 태양광을 입력받아 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈(1)과, 태양광 모듈(1)로부터 출력된 전압을 정격 전압으로 조절하여 충전이 이루어지도록 제어하고, 설정 전압으로 방전이 이루어지도록 제어하는 컨트롤러(2)와, 컨트롤러(2)의 제어에 따라 충전이 이루어지는 배터리(3)와, 컨트롤러(2)의 제어에 따라 점등이 이루어지는 라이트(4)와, 배터리(3)의 입출력 전압을 감지하여 과충전 및 과방전 상태를 표시하는 과충전/과방전 감지부(5)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 기존의 태양광 가로등은, 태양광 모듈(1)에서 태양광으로부터 전기에너지를 생산하면, 컨트롤러(2)는 전원을 입력받아 이를 배터리(3)의 정격 전압으로 조절하여 충전되도록 제어하고, 또한 컨트롤러(2)는 라이트(4)에 적합한 설정 전압으로 전원을 공급하여 점등이 이루어지도록 제어한다. 이때, 과충전/과방전 감지부(5)에서는 배터리(3)에 입출력되는 전압을 감지하여 과충전 또는 과방전이 이루어질 경우, 컨트롤러(2)는 배터리(3)에 대한 충방전 제어를 수행함과 아울러 과충전/과방전 감지부(5)를 통해 경보를 수행한다.

그런데, 이와 같은 태양광 가로등은, 배터리(3)의 과충전 또는 과방전에 대한 인디케이트를 표시하는 것이 유일하여, 나머지 주요 부품인 태양광 모듈(1), 컨트롤러(2), 라이트(4) 등의 부품 교체 및 관리에 대한 인디케이트를 표시하는 것은 제시되어 있지 않다. 또한, 태양광 모듈(1), 컨트롤러(2), 배터리(3), 라이트(4)의 상호관계를 통해 최적의 관리를 위한 방안 역시 제시되어 있지 않다.

대한민국 공개특허공보 제10-2005-0061386호(공개일 2005.06.22.)

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 태양광 가로등의 주요 부품인 태양광 모듈과 배터리를 포함하는 구성들에서 각각 감지된 특징값을 퍼지 맴버쉽 함수로 한 퍼지 로직 알고리즘을 적용하여 태양광 가로등의 상태를 안전, 주의, 경고의 3단계로 표시함으로써, 관리자로 하여금 관리, 교체시기, 점검 등을 효과적으로 시기적절하게 수행할 수 있도록 한 태양광 가로등의 지능형 경보 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광 가로등의 지능형 경보 시스템은, 태양광 모듈로부터 생성된 전압을 이용하는 전압이용 구성들; 상기 전압이용 구성들 각각으로부터 특성값을 감지하는 센서들; 상기 센서들로부터 출력된 특성값을 입력 맴버쉽 함수로 하여 상기 입력 맴버쉽 함수에 대해 퍼지 로직 알고리즘을 적용하여 상기 전압이용 구성들의 안정도 상태를 판단하는 제어부; 및 상기 안정도 상태를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 전압이용 구성들은, 태양광을 입력받아 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈; 상기 태양광 모듈로부터 출력된 전압을 정격 전압으로 조절하여 충전이 이루어지도록 제어하고, 설정 전압으로 방전이 이루어지도록 제어하는 컨트롤러; 상기 컨트롤러의 제어에 따라 충전이 이루어지는 배터리; 및 상기 컨트롤러의 제어에 따라 점등이 이루어지는 라이트를 포함한다.

그리고, 상기 센서들로부터 출력되는 특성값인 전압신호에 대하여 입력 맴버쉽 함수를 Low, Medium, High로 구분하는 것이 바람직하고, 상기 안정도 상태는, 안전, 주의, 경고로 세분화하여 출력되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 태양광 가로등의 지능형 경보 방법은, 태양광 모듈로부터 생성된 전압을 배터리에 충전하는 단계; 상기 태양광 모듈, 상기 배터리, 상기 전압을 이용하는 전압이용 구성들을 감지하는 각 센서들로부터 각각의 특성값을 감지하는 단계; 상기 각 센서들로부터 출력된 특성값을 입력 맴버쉽 함수로 하여, 제어부에서 상기 입력 맴버쉽 함수에 대해 퍼지 로직 알고리즘을 적용하여 상기 태양광 모듈, 상기 배터리, 상기 전압이용 구성들의 안정도 상태를 판단하는 단계; 및 상기 안정도 상태를 출력부에 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 센서들로부터 출력되는 특성값인 전압신호에 대하여 입력 맴버쉽 함수를 Low, Medium, High로 구분하는 것이 바람직하고, 상기 안정도 상태는, 안전, 주의, 경고로 세분화하여 출력되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 태양광 가로등의 지능형 경보 시스템 및 방법에 따르면, 다수의 구성으로부터 감지된 다수의 입력 맴버쉽 함수에 대해 퍼지 로직 알고리즘을 적용함으로써 각 태양광 가로등에 대해 신뢰성 높은 관리가 가능하다. 즉, 태양광 가로등의 관리에 있어, 교체 시기는 매우 중요한 관리 요소인데, 교체 시기를 경보해 줌으로써 태양광 가로등의 시기적절한 대응이 가능하다.

도 1은 기존의 태양광 가로등의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 태양광 가로등의 지능형 경보 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 태양광 가로등의 지능형 경보 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 배터리의 입력 맴버쉽 함수의 설정영역을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 태양광 모듈의 입력 맴버쉽 함수의 설정영역을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 태양광 가로등의 출력 맴버쉽 함수의 설정영역을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 배터리와 태양광 모듈 간의 인디케이트 출력 테이블을 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실증 사례를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 태양광 가로등의 지능형 경보 시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

여기서, 도면 설명에 있어, 기존 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.

한편, 본 발명은 태양광 모듈(Photovoltaic Module ; PV Module), 컨트롤러(Controller), 배터리(Battery), 라이트(Light) 각각으로부터 감지된 특징값인 입력 맴버쉽 함수를 세분화하고, 이들 입력 맴버쉽 함수에 대해 퍼지 로직 알고리즘을 적용하여 태양광 가로등에 대하여 객관적이면서 합리적인 현재 안정도 상태에 대한 결과를 단계별로 세분화하여 출력하도록 하는 것이다. 본 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 태양광 모듈과 배터리의 입력 맴버쉽 함수를 통해 현재 안정도 상태의 안전/주의/경고를 출력하도록 하는 기술에 대해 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 태양광 가로등의 지능형 경보 시스템의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 태양광 가로등은, 태양광을 입력받아 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈(1)과, 태양광 모듈(1)로부터 출력된 전압을 정격 전압으로 조절하여 충전이 이루어지도록 제어하고, 설정 전압으로 방전이 이루어지도록 제어하는 컨트롤러(2)와, 컨트롤러(2)의 제어에 따라 충전이 이루어지는 배터리(3)와, 컨트롤러(2)의 제어에 따라 점등이 이루어지는 라이트(4)를 기본 구성으로 포함하며, 여기에 추가된 본 발명의 지능형 경보 시스템은, 태양광 모듈(1)의 전압을 감지하여 태양광 모듈 전압신호를 생성하는 태양광 모듈 전압센서(6)와, 배터리(3)의 전압을 감지하여 배터리 전압신호를 생성하는 배터리 전압센서(7)와, 배터리 전압신호와 태양광 모듈 전압신호에 대하여 퍼지 로직 알고리즘을 실행하여 현재 안정도 상태의 결과를 출력하는 제어부(8)와, 제어부(8)로부터의 현재 안정도 상태의 결과를 디스플레이하는 출력부(9)를 포함한다.

여기서, 퍼지 로직 알고리즘은, 입력층, 은닉층, 출력층으로 구성된 학습 알고리즘을 구성하고 있으며, 역퍼지화(defuzzification) 기법을 이용하여 규칙을 생성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 태양광 가로등은, 태양광 모듈(1)에서 태양광으로부터 전기에너지를 생산하면, 컨트롤러(2)는 전원을 입력받아 이를 배터리(3)의 정격 전압으로 조절하여 충전되도록 제어하고, 또한 컨트롤러(2)는 라이트(4)에 적합한 설정 전압으로 전원을 공급하여 점등이 이루어지도록 제어한다. 이때, 본 발명의 태양광 가로등의 지능형 경보 시스템을 구성하는 태양광 모듈 전압센서(6)는 태양광 모듈(1)로부터 감지한 태양광 모듈 전압신호를 제어부(8)로 전달하고, 배터리 전압센서(7)는 배터리(3)로부터 감지한 배터리 전압신호를 제어부(8)로 전달한다. 이에 제어부(8)에서는 퍼지 로직 알고리즘을 실행하여 태양광 모듈(1)과 배터리(3)의 현재 안정도 상태를 출력부(9)를 통해 디스플레이한다.

그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 시스템을 이용한 본 발명의 태양광 가로등의 지능형 경보 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 태양광 가로등의 지능형 경보 방법의 흐름도이다.

본 실시예에서는 일례로서, 태양광 모듈(1)과 배터리(3)의 입력전압에 대한 입력 맴버쉽 함수를 Low, Medium, High로 구분하기로 하며, 태양광 모듈(1) 및 배터리(3)의 입력 맴버쉽 함수의 설정영역은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같다. 본 실시예에서는 전압센서를 이용하는 경우에 대해 설명하고 있으나, 입력 맴버쉽 함수로서 전류센서, 온도센서 등이 더 포함될 수 있을 것이다.

한편, 입력 맴버쉽 함수 및 출력 맴버쉽 함수는 맴버쉽 정도에 따라 0 내지 1의 값으로 구분한 함수를 의미하며 변수가 대응되는 값이 1에 가까울수록 맴버쉽이 높다는 것을 의미한다. 이 입력 맴버쉽 함수 및 출력 맴버쉽 함수는 퍼지 입력 변수와 퍼지 출력 변수에 따라 임의로 생성될 수 있다.

예를 들어, 전압의 세기를 가로축으로 설정하고, 이 전압의 세기가 퍼지 집합에 적합한 정도를 세로축으로 설정하여, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 적합도를 나타낼 수 있다. 이러한 좌표를 나타내는 점을 차례로 이어나가면 퍼지 집합을 나타내는 그래프가 얻어지며, 이러한 그래프 함수를 퍼지 집합의 맴버쉽 함수로 하고, 맴버쉽 함수의 경우 일반적으로 삼각형 또는 사다리꼴의 형태를 가질 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 먼저, 태양광 모듈(1)에 의해 생성된 전압을 배터리(3)로 충전하고 있는 상태에서(S1), 태양광 모듈 전압센서(6)는 현재 감지되고 있는 태양광 모듈 전압신호를 제어부(8)로 전달하고, 또한 배터리 전압센서(7)는 현재 감지되고 있는 배터리 전압신호를 제어부(8)로 전달한다. 즉, 각 전압센서로부터 특성값을 감지하여 제어부(8)로 전달한다(S2).

이에 제어부(8)는, 태양광 모듈 전압신호 및 배터리 전압신호를 전달받아, 현재 안정도 상태에 대한 분석을 수행한다. 즉, 제어부(8)는 태양광 발전 시간, 충방전시간, 시간별 전압값, 입출력 전압변화량 등을 포함하는 데이터들에 대한 분석이 이루어진다(S3).

제어부(8)에서 데이터들에 대한 분석이 완료되면, 다음으로, 태양광 모듈(1)과 배터리(3) 각각에서의 관리 대상에 대한 현재 안정도 상태를 판단한다.

즉, 제어부(8)는 태양광 밝기에 대응한 태양광 모듈(1)의 시간당 전력생산량, 배터리(3)의 충방전량 등을 체크하여 태양광 모듈(1)과 배터리(3) 각각의 현재 안정도 상태를 판단함과 아울러, 태양광 모듈(1)과 배터리(3)의 상태에 따른 태양광 가로등의 현재 안정도 상태를 판단한다. 태양광 가로등의 현재 안정도 상태에 대한 판단의 일례로서, 태양광 가로등의 출력 맴버쉽 함수의 설정영역은 도 6과 같다. 이는 도 7에 도시된 태양광 모듈(1)과 배터리(3) 간의 인디케이트 출력 테이블에 근거하여 태양광 가로등의 현재 안정도 상태가 결정될 수 있다.

이와 같은 태양광 가로등의 현재 안정도 상태는, 안전/주의/경고로 구분되어 출력부(9)를 통해 디스플레이되게 된다(S4).

본 발명의 태양광 가로등의 지능형 경보 시스템 및 방법을 검증하기 위해서, 실제 태양광 가로등에 대하여 검증을 실시하였다. 실증 결과, 겨울철에 부족한 일조량에 따라 태양광 모듈(1)의 전압 역시 낮게 측정되어 12.6[V] ~ 17[V] 정도 측정되어 대부분의 결과가 주의를 요하는 "주의"로 나타났으며, 또한 배터리(3)의 충전 전압이 10[V] 이내에 측정된 태양광 가로등에 대해서 "경고"를 경보하였다. 도 8a는 태양광 모듈(1) 15[V], 배터리(3) 11[V] 일 때의 경보값(주의), 도 8b는 태양광 모듈(1) 16[V], 배터리(3) 11[V] 일 때의 경보값(주의), 도 8c는 태양광 모듈(1) 16[V], 배터리(3) 9[V] 일 때의 경보값(경고)을 각각 나타내었다.

이와 같이, 실증 절차를 거친 퍼지 로직 알고리즘을 제어부(8)에 적용하고, 태양광 가로등의 주요 부품인 태양광 모듈(1)과 배터리(3)에서의 전압신호를 감지하여 퍼지 맴버쉽 함수를 통하여 태양광 가로등의 상태를 안전 및 보수에 관한 측면으로 접근하여 현재 안정도 상태를 안전/주의/경고로 표시하였다.

따라서, 태양광 가로등에 대하여 현재의 상태를 인디케이트를 통하여 태양광 가로등 점검 시기, 태양광 모듈(1)의 교체 시기, 컨트롤러(2)의 작동 여부, 배터리(3)의 교체 시기, 라이트(4)의 교체 시기 등을 관리함으로써 태양광 가로등의 최적 관리가 가능하게 되는 것이다.

이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

1 : 태양광 모듈
2 : 컨트롤러
3 : 배터리
4 : 라이트
6 : 태양광 모듈 전압센서
7 : 배터리 전압센서
8 : 제어부
9 : 출력부

Claims (7)

1. 태양광 모듈로부터 생성된 전압을 이용하는 전압이용 구성들;
   상기 전압이용 구성들 각각으로부터 특성값을 감지하는 센서들;
   상기 센서들로부터 출력된 특성값을 입력 맴버쉽 함수로 하여 상기 입력 맴버쉽 함수에 대해 퍼지 로직 알고리즘을 적용하여 상기 전압이용 구성들의 안정도 상태를 판단하는 제어부; 및
   상기 안정도 상태를 출력하는 출력부를 포함하며,
   상기 센서들로부터 출력되는 특성값에 대한 입력 맴버쉽 함수를 Low, Medium, High로 구분하고,
   상기 Low, Medium, High로 구분된 상기 전압이용 구성들의 입력 맴버쉽 함수 각각의 대응관계에 대해, 경고, 주의, 안전을 구분하는 인디케이트 출력 테이블에 근거하여 상기 안정도 상태를 판단하고,
   상기 퍼지 로직 알고리즘은, 입력층, 은닉층, 출력층으로 구성된 학습 알고리즘을 구성하고, 역퍼지화(defuzzification) 기법을 이용하여 상기 인디케이트 출력 테이블을 생성하는 태양광 가로등의 지능형 이상신호 경보 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전압이용 구성들은,
   태양광을 입력받아 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈;
   상기 태양광 모듈로부터 출력된 전압을 정격 전압으로 조절하여 충전이 이루어지도록 제어하고, 설정 전압으로 방전이 이루어지도록 제어하는 컨트롤러;
   상기 컨트롤러의 제어에 따라 충전이 이루어지는 배터리; 및
   상기 컨트롤러의 제어에 따라 점등이 이루어지는 라이트를 포함하는 태양광 가로등의 지능형 이상신호 경보 시스템.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. (a) 태양광 모듈로부터 생성된 전압을 배터리에 충전하는 단계;
   (b) 상기 태양광 모듈, 상기 배터리, 상기 전압을 이용하는 전압이용 구성들을 감지하는 각 센서들로부터 각각의 특성값을 감지하는 단계;
   (c) 상기 각 센서들로부터 출력된 특성값을 입력 맴버쉽 함수로 하여, 제어부에서 상기 입력 맴버쉽 함수에 대해 퍼지 로직 알고리즘을 적용하여 상기 태양광 모듈, 상기 배터리, 상기 전압이용 구성들의 안정도 상태를 판단하는 단계; 및
   (d) 상기 안정도 상태를 출력부에 출력하는 단계를 포함하며,
   상기 단계 (c)에서 상기 센서들로부터 출력되는 특성값에 대한 입력 맴버쉽 함수를 Low, Medium, High로 구분하고,
   상기 Low, Medium, High로 구분된 상기 전압이용 구성들의 입력 맴버쉽 함수 각각의 대응관계에 대해, 경고, 주의, 안전을 구분하는 인디케이트 출력 테이블에 근거하여 상기 안정도 상태를 판단하고,
   상기 퍼지 로직 알고리즘은, 입력층, 은닉층, 출력층으로 구성된 학습 알고리즘을 구성하고, 역퍼지화(defuzzification) 기법을 이용하여 상기 인디케이트 출력 테이블을 생성하는 태양광 가로등의 지능형 이상신호 경보 방법.
6. 삭제
7. 삭제

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