KR101571632B1 - 데이터 측정 장치 및 태양광 모듈의 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

데이터 측정 장치는 온도 센서와 전류 센서를 통해 측정된 데이터를 입력받고, 주기의 개수를 계수하여 각 데이터가 얼마인지를 나타낼 수 있는 주기에 신호를 전송한다. 이때 온도 센서를 통해 측정된 데이터에 대해서는 하나의 신호를 전송하고, 전류 센서를 통해 측정된 데이터에 대해서는 두 개의 신호를 전송하여 어느 데이터를 보내는 것인지를 구분한다. 통신 프로토콜을 처리하기 위한 칩이나 통신 기능 내장 MCU 등이 필요 없고, 단순한 펄스 형태의 신호를 이용하여 각 센서로부터 측정된 값을 전달할 수 있다. 높은 정확도를 요구하지 않고 실시간 데이터 전송을 요구하지도 않는 태양광 모듈 관리 분야 등에 적용하여 경제성과 효율성을 높일 수 있다.

Description

데이터 측정 장치 및 태양광 모듈의 모니터링 시스템{ Apparatus for Data Measurement and System for Monitoring Photovoltaic Module }

본 발명은 센서를 통해 측정된 데이터를 통신 프로토콜 등 복잡한 기능의 필요없이 간단하게 전송할 수 있도록 하고, 특히 여러 태양광 모듈에 대해 측정된 온도와 전류 값을 간단하게 전송할 수 있도록 한다.

여러 산업 분야에서 각종 센서를 통해 측정된 값을 타 장치로 전송해야 할 필요가 있다. 이 경우 RS485 등의 직렬통신 방식이나 TCP/IP 등의 전송 프로토콜을 이용하여 전송하고 있다.

구체적인 예로서, 태양광 발전소는 다수의 태양광 모듈로 구성되는데, 각 태양광 모듈의 상태를 모니터링 하기 위해서는 각 태양광 모듈마다 온도와 전류를 측정하는 센서를 배치하고, 각 센서로부터 측정된 데이터를 다양한 통신 프로토콜을 이용하여 전송한다.

그러나, 각 센서로부터 측정된 데이터를 RS232나 RS485 등의 통신방식을 통해 전송하려면 데이터 측정 장치마다 통신 칩(Chip)이나 고가의 통신 기능 내장 MCU를 구비해야 한다.

이러한 방식은 실시간으로 정확한 데이터 값을 얻을 수 있지만 단가가 높아지므로 각 태양광 모듈마다 적용하기 어렵다.

종래와 같이 태양광 모듈의 전압/전류를 측정한 데이터 값만을 전달하거나 일부 태양광 모듈에서만 온도를 측정하면, 정확한 고장 판단이 어렵고 다수의 태양광 모듈을 효율적으로 관리할 수 없다.

그러므로 태양광 모듈의 모니터링 분야와 같이 높은 정확도가 요구되지 않고, 데이터의 실시간 전달을 필요로 하지 않는 분야에서는 보다 저렴하고 간단하게 데이터를 전송할 수 있도록 해 줄 필요가 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하기 위하여 안출된 것으로서, 펄스 형태의 단순한 신호를 이용하여 각 센서로부터 측정된 데이터를 간단하게 타 장치로 전송할 수 있는 데이터 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 여러 태양광 모듈로부터 측정된 전류와 온도 데이터를 간단하고 비용 효율적으로 주고 받을 수 있는 태양광 모듈의 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 데이터 측정 장치는 제1센서와 제2센서; 및 상기 제1센서와 제2센서를 통해 측정된 데이터를 입력받고, 주기의 개수를 계수하여 각 데이터가 얼마인지를 나타낼 수 있는 주기에 신호를 전송하는 제어부를 포함하여 이루어지며, 상기 제어부는 어느 센서로부터 측정된 데이터인지에 따라 서로 다른 개수의 신호를 전송한다.

상기 제어부는 상기 제1센서를 통해 측정된 데이터에 대해서는 하나의 신호를 전송하고, 상기 제2센서를 통해 측정된 데이터에 대해서는 두 개의 신호를 전송하도록 구성될 수 있다.

상기 제1센서는 온도를 측정하는 온도 센서로 구성하고, 상기 제2센서는 전류를 측정하는 전류 센서로 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 태양광 모듈의 모니터링 시스템은, 하나 이상의 데이터 측정 장치(각 데이터 측정 장치는 각 태양광 모듈의 온도 값과 전류 값에 대응하는 신호를 전송함); 및 하나 이상의 데이터 측정 장치와 연결되어 신호를 수신하고, 주기의 개수와 각 주기에서 수신된 신호의 개수에 따라 각 태양광 모듈의 온도 값과 전류 값을 확인하는 메인 장치를 포함하여 이루어진다.

상기 각 데이터 측정 장치는 단순한 신호를 전송하므로, 상기 메인 장치의 각 I/O 포트에 연결될 수 있다.

본 발명에 따르면, 통신 프로토콜을 처리하기 위한 칩이나 통신 기능 내장 MCU(Micro Controller Unit) 등의 필요없이 이벤트의 발생 여부만을 알리는 신호를 이용하여 각 센서로부터 측정된 데이터를 전달할 수 있다.

그러므로 높은 정확도나 실시간 데이터 전송을 요구하지 않는 분야에 효율적으로 사용될 수 있다.

특히, 태양광 발전소에 사용되면 다수의 태양광 모듈에 대한 전류뿐 아니라 온도까지 저렴하게 측정할 수 있으므로, 다수의 태양광 모듈을 더욱 정확하고 경제적으로 관리할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 데이터 측정 장치에 관한 일 실시예,
도 2는 본 발명에 따른 태양광 모듈의 모니터링 시스템에 관한 일 실시예,
도 3은 메인 장치의 동작을 설명하는 예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하자면, 본 발명에 따른 데이터 측정 장치(10)는 제1센서(11), 제2센서(12), 및 제어부(13)를 포함하여 이루어지며, 제1센서(11)와 제2센서(12)를 통해 측정된 값이 얼마인지를 나타내는 신호를 타 장치로 전송한다.

제어부(13)는 주기의 개수를 계수하고, 제1센서(11)와 제2센서(12)를 통해 측정된 값을 나타낼 수 있는 주기에 신호를 전송한다.

이때 제어부(13)는 자신이 전송하는 신호가 제1센서(11)를 통해 측정된 값을 나타내는 것인지 아니면 제2센서(12)를 통해 측정된 값을 나타내는 것인지를 구분할 수 있도록 하기 위하여, 어느 센서로부터 측정된 값을 전송하는지에 따라 서로 다른 개수의 신호를 전송한다.

예로서, 제1센서(11)를 통해 측정된 값에 대해서는 하나의 신호를 전송하고, 제2센서(12)를 통해 측정된 값에 대해서는 두 개의 신호를 전송할 수 있다.

제어부(13)는 다양하게 구성될 수 있으며, 구체적인 예로서 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU: Micro Controller Unit)을 이용하여 구성될 수 있다. 이때 제1센서(11)와 제2센서(12)는 마이크로 컨트롤러 유닛에 구비되어 있는 각 아날로그/디지털 변환기에 연결하여 디지털 값을 입력받을 수 있다.

제어부(13)가 전송하는 신호는 제1센서(11)와 제2센서(12)를 통해 측정된 데이터의 값 그 자체가 아니라 단순히 어떤 이벤트(event)가 발생하였음을 알리는 신호이다.

그러므로 제어부(13)가 전송하는 신호는 단순한 펄스와 같이 매우 간단하게 구성될 수 있으며, 통신 프로토콜을 처리하기 위한 칩이나 통신 기능 내장 프로세서 등이 필요하지 않다. 또한, 데이터 측정 장치(10)에서 전송하는 신호를 수신하는 타 장치도 일반 I/O 포트(Input/Output Port)를 통해 신호를 수신할 수 있다.

제어부(13)는 주기의 개수를 계수하고, 각 데이터가 얼마인지를 나타낼 수 있는 주기에 신호를 전송한다. 이를 위하여 제어부(13)는 제1센서(11)를 통해 측정된 값의 전송과 관련된 주기의 계수와, 제2센서(12)를 통해 측정된 값의 전송과 관련된 주기의 계수를 수행한다.

각 주기의 시간 간격 및 한 주기가 의미하는 값은 얼마든지 다양하게 설정할 수 있는데, 각 주기의 길이는 얼마나 자주 측정 데이터를 전송할 것인지를 결정하는 요소가 되고, 한 주기가 의미하는 값은 얼마나 정확한 데이터를 전송할 것인지를 결정하는 요소가 된다.

측정 데이터를 자주 전송할수록 각 주기의 길이는 짧아야 되고, 데이터의 정확도를 높이기 위해서는 한 주기가 의미하는 값이 작아야 한다.

예를 들자면, 한 주기가 의미하는 값을 1로 취급하는 경우 열 번째 주기에 신호가 전송되면 해당 데이터가 10이라는 것을 나타내지만, 한 주기가 의미하는 값을 0.1로 취급하는 경우 열 번째 주기에 신호가 전송되면 해당 데이터가 1이라는 것을 나타내며 소수점 한자리의 정확도를 유지할 수 있다.

제1센서(11)와 제2센서(12)는 어떤 데이터를 측정할 것인지에 따라 다양하게 구성될 수 있는 것으로서, 예를 들자면 제1센서(11)는 온도를 측정하는 온도 센서이고, 제2센서(12)는 전류를 측정하는 전류 센서로 구성할 수 있다.
제어부(13)의 펄스의 전송주기와, 제1 및 제2센서(11, 12)의 측정주기는 각각 동기화할 수 있음은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다. 즉, 제1 및 제2센서(11, 12)의 측정주기에 따라, 제어부(13)는, 주기의 계수를 리셋할 수 있을 것이다. 즉, 제1센서(11)로부터 신호를 수신한 제어부(13)는 해당 제1센서(11)에 대한 주기의 계수를 시작할 수 있고, 제2센서(12)로부터 신호를 수신한 제어부(13)는 해당 제2센서(12)에 대한 주기의 계수를 시작할 수 있을 것이다. 예를 들어, 제1 및 제2센서(11, 12)의 측정주기가 100초인 경우, 제어부(13)는, 펄스의 주기를 1초로 할 수 있으며, 100초 이내에 펄스를 전송한 경우, 제1 및 제2센서(11, 12)의 측정주기에 다시 펄스의 주기를 리셋할 수 있을 것이다.
또한, 바람직하게는, 제1센서(11) 및 제2센서(12)는, 그 측정주기가 동기화될 수 있다. 이 경우, 제1센서(11), 제2센서(12)의 측정주기와, 제어부(13)의 펄스의 전송주기는 동기화될 수 있을 것이다.

이하에서는, 도 1을 참조로 하여, 제어부(13)가 측정된 값을 나타내기 위한 주기에 신호를 전송하는 다양한 예를 설명하기로 한다.

이때 제1센서(11)는 온도 센서이고 제2센서(12)는 전류 센서이며, 제1센서(11)부터 측정된 온도 값은 하나의 신호로 전송하고, 제2센서(12)로부터 측정된 전류 값은 두 개의 신호로 전송한다고 가정한다. 제어부(13)는 제1센서(11) 및 제2센서(12)의 측정주기를 100(예를 들어 100초)이라고 하였을 때, 이를 100구간으로 나누어(주기: 1초) 신호를 전송하는 것으로 한다.

즉, 제1센서(11)가 측정한 온도가 20도이고, 한 주기가 의미하는 값(스케일링, Scaling)이 1일 때, 제어부(13)는 20번째 주기에서 하나의 신호를 전송하여 온도가 20도임을 알릴 수 있다. 만일 스케일링이 0.5라면 40번째 주기에서 하나의 신호를 전송하여 온도가 20도임을 알릴 수 있다. 제어부(13)는, 제1센서(11)의 측정주기에 도달하였을 때(즉 100에 도달하였을 때), 주기의 계수를 다시 시작하게 된다.

또한, 제2센서(12)가 측정한 전류가 10A인 경우, 제어부(13)는 스케일링이 1일 때는 10번째 주기에서 두 개의 신호를 전송하여 전류가 10A임을 알릴 수 있고, 스케일링이 0.5인 경우에는, 20번째 주기에서 두 개의 신호를 전송하여 전류가 10A임을 알릴 수 있다. 제어부(13)는, 제2센서(12)의 측정주기에 도달하였을 때(즉 100에 도달하였을 때), 주기의 계수를 다시 시작한다.

한편, 온도 값 전송을 위한 신호와 전류 값 전송을 위한 신호가 동일 주기에서 전송되어야 하는 경우에는 해당 주기에 모든 신호를 순차적으로 전송한다.

즉, 예를 들어, 온도에 대한 스케일링이 1이고, 전류에 대한 스케일링이 0.5인 경우, 온도 20도와 전류 10A에 대한 신호가 모두 20번째 주기에 전송되어야 하므로, 3개의 신호(온도를 위한 하나의 신호와 전류를 위한 두 개의 신호)를 하나의 주기에서 순차적으로 모두 전송한다.

온도 값과 전류 값을 알리는 신호가 전송되면 제어부(13)는 100에 도달할 때(즉, 제1센서(11)와 제2센서(12)의 측정주기까지 도달할 때)까지 계수한 후 다시 계수를 시작할 수 있다

위의 예는 설명의 이해를 위한 간단한 예일 뿐이며, 각 주기에 대응하는 값은 얼마든지 다양하게 설정할 수 있고, 각 주기에 대응하는 값이 반드시 균등한 값의 차이로 배분되지 않아도 된다.

하나의 예로서, 온도를 -40도에서 80도까지 1도 단위로 측정한다고 할 때, 측정된 온도 T가 '-20≤T<-19'이면 1번째 주기에 신호를 전송하고, '-19≤T<-18'이면 2번째 주기에 신호를 전송하고, '-18≤T<-17'이면 번째 3주기에 신호를 전송하는 등 주기마다 1도씩 균일하게 증가하도록 설정할 수 있다.

뿐만 아니라, 영하의 온도(-40도 ~ -1도)에 대해서는 주기마다 2도 단위로 증가하도록 하고, 0도 이상의 온도에 대해서는 주기마다 0.5도씩 증가하도록 차등적으로 설정할 수도 있다.

이것은 데이터 측정 장치(10)와 해당 신호를 받는 타 장치가 각 주기에 대응하는 값이 얼마인지를 알고 있으면 되기 때문이다.

도 2는 본 발명에 따른 태양광 모듈의 모니터링 시스템(30)에 관한 일 실시예를 보인 것으로서, 위에서 설명한 하나 이상의 데이터 측정 장치(10), 및 메인 장치(20)를 포함하여 이루어진다.

각 데이터 측정 장치(10)는 각 태양광 모듈(31)의 온도 값과 전류 값에 대응하는 신호를 전송한다.

각 데이터 측정 장치(10)에 대응하는 태양광 모듈(31)은 일정 단위의 전력을 생산할 수 있는 모듈을 말하며, 해당 단위보다 적은 전력을 생산하는 태양광 모듈 여러 개의 집합일 수도 있다.

예를 들자면, 각 데이터 측정 장치(10)에 대응하는 태양광 모듈(31)이 3KW의 전력을 생산한다고 할 때, 각 태양광 모듈(31)은 300W의 전력을 생산할 수 있는 적은 용량의 태양광 모듈 10개가 모인 집합일 수 있다.

각 데이터 측정 장치(10)는 제1센서(11)로서 온도 센서를 구비하고, 제2센서(12)로서 전류 센서를 구비한다.

각 데이터 측정 장치(10)는 전류를 측정할 수 있는 CT(Current Transformer) 코일과 일체화된 형태로 구성될 수 있으며, 온도 센서는 열전쌍 센서의 형태로 구성되어 태양광 모듈(31)의 후면 온도를 측정하도록 배치될 수 있다.

메인 장치(20)는 하나 이상의 데이터 측정 장치(10)와 연결되어 각 데이터 측정 장치(10)가 전송한 신호를 수신하고, 주기를 계수하며, 각 주기에서 수신된 신호의 개수에 따라 각 태양광 모듈(31)의 온도 값과 전류 값을 수집한다.

각 데이터 측정 장치(10)와 메인 장치(20)는 온도 값이나 전류 값 그 자체를 주고 받는 것이 아니라 단순한 펄스 형태의 신호를 주고 받는 것이기 때문에 메인 장치(20)는 주기를 계수하고 어느 주기에 신호가 수신되는지에 따라 온도 값과 전류 값을 확인한다.

메인 장치(20)의 제어부(23)는 다양하게 구성될 수 있다. 구체적인 예로서 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)을 이용하여 구성될 수 있다.

각 데이터 측정 장치(10)는 메인 장치(20)의 제어부(23)에 구비된 I/O 포트(21)에 연결될 수 있다. 예컨대 메인 장치의 제어부(23)에 n개의 I/O 포트(21)가 구비되어 있다면, n개의 데이터 측정 장치(10)가 연결될 수 있으며, 각 데이터 측정 장치(10)와 메인 장치(20)는 단순하게 전원선(Vcc), 접지선(GND), 및 하나의 신호선(Signal)을 이용하여 연결될 수 있다. 그러면 최소한의 케이블로 전원과 통신을 해결할 수 있다.

메인 장치(20)는 필요에 따라 다양한 기능을 수행할 수 있다. 예로서 각 데이터 측정 장치(10)로부터 수신된 온도 값이나 전류 값을 표시하거나, 해당 값에 따라 경고를 출력하거나, 또는 상위의 모니터링 시스템과 RS482, TCP/IP 등의 방식으로 연결되어 수집된 온도와 전류 값을 전송할 수 있다.

메인 장치(20)의 제어부(23)가 수신된 신호에 따라 온도 값이나 전류 값을 확인하기 위하여 어떤 시간 간격에 대해 주기를 계수하도록 할 것인지는 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

구체적인 예로서, 제어부(23)는 인접한 두 신호가 수신된 시간 사이에서 주기를 계수할 수 있다. 즉, 어떤 시점 t1에 신호 S1이 수신되었고, 그 이후의 시점 t2에서 신호 S2가 수신되었다면('t2-t1' > 한 주기의 길이), t1과 t2의 사이에서 주기를 계수할 수 있다.

즉, 위에서 설명한 예와 같이 데이터 측정 장치(10)는 신호를 전송한 후 바로 해당 데이터에 대한 주기의 계수를 다시 시작하고, 해당 데이터에 대응하는 주기가 되면 다시 신호를 전송할 수 있으므로, 메인 장치(20)에서도 신호와 신호 사이에서 주기를 계수하면 데이터 측정 장치(10)와 동일한 결과를 구할 수 있다.

이때 메인 장치(20)가 동작을 시작한 후 처음 수신되는 신호는 데이터 값을 확인하기 위한 용도가 아니라 계수의 시작을 알리는 신호로 인식할 수 있다.

데이터 측정 장치(10)와 메인 장치(20)는 필요에 따라 다양하게 배치될 수 있다. 구체적인 예로서 데이터 측정 장치(10)는 태양광 모듈(31)의 뒷면에 배치될 수 있고, 메인 장치(20)는 정션 박스(Junction Box)에 배치될 수 있다.

도 3을 참조하여, 메인 장치(20)가 각 데이터 측정 장치(10)로부터 온도 값이나 전류 값을 수신하는 과정의 예를 설명하기로 한다.

설명의 이해를 돕기 위하여 각 데이터 측정 장치(10)가 위에서 설명한 예와 같은 방식으로 신호를 전송한다고 가정하기로 한다.

어느 I/O 포트를 통해 신호가 수신되면(S41), 제어부(23)는 해당 주기에 수신된 신호의 개수를 파악한다(S42).

각 데이터 측정 장치(10)가 신호를 보낼 때 온도 값에 대해서는 한 개의 신호를 전송하고, 전류 값에 대해서는 두 개의 신호를 전송하기 때문이다.

단계 S42에서의 파악 결과, 해당 주기에 수신된 신호의 개수가 한 개이면 해당 주기에 대응하는 온도 값을 확인하고(S43), 해당 주기에 수신된 신호의 개수가 두 개이면 해당 주기에 대응하는 전류 값을 확인한다(S44).

만일 해당 주기에 수신된 신호의 개수가 3 개이면 해당 주기에 대응하는 온도 값과 전류 값을 모두 확인한다(S43,S44).

예로서, 제어부(13)로부터 온도가 20도임을 알리는 신호가 수신되었다면 해당 태양광 모듈의 온도가 20도임을 확인할 수 있고, 전류가 10A임을 알리는 신호가 수신되었다면 해당 태양광 모듈의 전류가 10A임을 확인할 수 있으며, 위의 설명과 같이, 하나의 주기에 신호가 모두 수신되었다면 해당 태양광 모듈의 온도는 20도이고 전류는 10A임을 확인할 수 있다.

그리고, 제어부(23)는 확인된 온도 값과 전류 값을 상위 모니터링 장치(도시되지 않음)로 전송한다(S45). 물론, 단계 S45는 메인 장치(20)를 어떻게 사용할지에 따라 얼마든지 다양하게 구성될 수 있다.

태양광 모듈의 관리를 위한 온도와 전류 측정은 높은 정확도를 요구하지 않고 실시간 데이터 전송을 요구하지도 않으므로, 위에서 설명한 것처럼 단순하게 데이터를 수집하고 전달하여 경제성과 효율성을 높일 수 있다.

상술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.

10: 데이터 측정 장치 11: 제1센서
12: 제2센서 13,23: 제어부
20: 메인 장치 21: I/O 포트
30: 태양광 모듈의 모니터링 시스템
31: 태양광 모듈

Claims (5)

1. 제1데이터를 측정하는 제1센서;
   제2데이터를 측정하는 제2센서; 및
   상기 제1데이터 및 제2데이터를 수신하고, 주기의 개수를 계수하여, 상기 제1 및 제2데이터에 대응하는 주기에 펄스를 전송하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 제1데이터에 대응하는 펄스의 수와 상기 제2데이터에 대응하는 펄스의 수를 달리하여 전송하는 데이터 측정장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1데이터에 대응하여 하나의 펄스를 전송하고, 상기 제2데이터에 대응하여 두개의 펄스를 전송하는 것을 특징으로 하는 데이터 측정장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제1센서는 온도센서이고, 상기 제2센서는 전류센서인 데이터 측정장치.
   
4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 제1데이터에 대응하는 주기와 제2데이터에 대응하는 주기가 동일한 경우, 그 주기에 세개의 펄스를 순차적으로 전송하는 데이터 측정장치.
   
5. 제3항의 데이터 측정장치; 및
   상기 데이터 측정장치로부터 펄스를 수신하고, 주기의 개수를 계수하여, 주기의 개수와 각 주기에서 수신된 펄스의 개수에 따라 온도와 전류를 확인하는 메인장치를 포함하는 태양광 모듈의 모니터링 시스템.
   

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