KR101838554B1 - 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템 - Google Patents
태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
발명은 빌딩 또는 시설 내부에 적어도 하나 이상 배치되어 상기 빌딩 또는 상기 시설 내부에서 동작하는 복수 개의 설비로부터 상기 복수 개의 설비에서 수집한 에너지 사용 정보를 이용하여 머신 러닝으로 상기 빌딩의 에너지 소비 패턴 정보를 생성하고 상기 생성된 에너지 소비 패턴 정보와 미리 저장되거나 또는 머신 러닝을 통해 실시간으로 결정되는 에너지 요금 절감 정보를 이용하여 상기 빌딩에 대한 에너지를 절감하는 에너지 소비 관리부; 상기 빌딩 설비 사물데이터 센서와 실시간 통신을 통해 해당 제어 대상이 되는 설비, 전력, 조명 관제점의 유무 및 정상동작 여부를 화면상에 표시하고, 빌딩 또는 시설 내부에 적어도 하나 이상 배치되어 상기 빌딩에서 동작하는 복수 개의 설비로부터 상기 복수 개의 설비에 대한 에너지 사용 정보를 수집하는 에너지 센서를 통해 흐르는 부하전류를 직접 검출하여, 상기 빌딩 설비, 빌딩 사용 전력, 조명, 난방의 작동 시간을 측정하여 전력사용량을 표시하는 에너지 모니터링부; 상기 설비, 전력, 조명을 운용, 제어하는 스케줄 설정 화면을 표시하여 사용자가 원하는 설정값이 입력되면 이 설정값이 저장된다.
본 발명은 판단의 기준을 미리 설정하지 않고 실시간 저장되는 대용량의 데이터로부터 머신 러닝으로 스마트 빌딩 에너지 실시간 관리 상황을 자동으로 인지하여 각각의 경우에 대한 최적화된 에너지 소비 절감 판단을 할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 판단의 기준을 미리 설정하지 않고 실시간 저장되는 대용량의 데이터로부터 머신 러닝으로 스마트 빌딩 에너지 실시간 관리 상황을 자동으로 인지하여 각각의 경우에 대한 최적화된 에너지 소비 절감 판단을 할 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지 패널로부터 발생되는 전기 에너지를 저장하는 내부 에너지 저장부를 통해 강설 또는 결빙 방지에 적용하여 에너지 절감 효과를 얻을 수 있고, 실시간 저장되는 대용량의 데이터로부터 머신 러닝으로 스마트 빌딩 에너지 실시간 관리 상황을 자동으로 인지하여 각각의 경우에 대한 최적화된 에너지 소비 절감 판단을 할 수 있는 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템에 관한 것이다.
기존의 에너지 소비 형태는 특별한 제어나 관리 기능 없이 단순히 사용자와 공급자간의 초기 계약에 의해 소비 및 요금부과가 이루어지기 때문에 공급과 수요의 균형을 이루기가 어려우며 특히 사용자의 입장에서는 계획적으로 에너지를 소비하는 것이 불가능하였다. 따라서 자원이 부족한 우리나라에서 에너지 관리 정책을 수립하는데 많은 애로 사항이 되고 있는 실정이다.
최근에는 시간대별 차등요금제, 실시간 요금제와 같이 제한된 에너지를 효율적으로 소비할 수 있는 방안들이 제안되어 에너지 수급문제를 해결하기 위한 노력이 행해지고 있다.
한편, 제로 에너지 빌딩 혹은 스마트 빌딩은 건물의 전체 에너지 효율 개선을 통해 절감한 소비량과 생산량이 균형을 이루는 건물을 의미한다.
현재 건물 에너지 관리 시스템(EMS)은 각 에너지 별로 관리되거나, 전체 통합관리가 아닌 불안전 자동화라서 사람이 특정 조건을 설정하는 방식으로 운영되고 있다.
또한 현재 태양광 발전사업자는 태양광 설비 용량에 따라 전력회사와 계약을 통한 에너지 공급과 전력시장에 참여하여 에너지를 거래하는 방법으로 발전사업을 하고 있다. 전력회사와 직접 계약을 통한 에너지 거래는 태양광 발전을 통하여 생산된 에너지를 전력계통에 공급하고 이를 스마트 미터로 계측하여 한 달 동안의 에너지 공급량(kWh)을 시간대별 전력수요에 따라 가중평균 계통한계가격(SMP, System Marginal Price)으로 전력회사가 발전사업자의 에너지를 구매하는 방법이다. SMP는 원자력, 석탄 외의 일반발전기의 전력량에 대해 적용하는 전력시장 가격으로 kWh당 원으로 계산된다.
직접 전력시장에 참여하는 에너지 거래는 시간별 계통한계가격으로 에너지를 판매하는 방법이다. 현재 대부분의 태양광 발전사업자는 전력회사와 전력수급계약을 통하여, 월평균 계통한계가격으로 전력회사에 에너지를 판매하고 있으며, 신재생에너지와 연계되는 에너지저장장치를 고려하지 않고 있다.
그러나 빌딩에 사용되는 다양한 에너지(전기, 물, 열, 태양열, 지열 등)를 통합해서 모니터링하고 관리하면, 에너지를 효율적으로 관리할 뿐 아니라 잉여 에너지는 외부에 판매도 가능하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 빌딩 도로의 노면상태와 대기상태와 강설 또는 결빙 상태 등을 측정하고 기상상태를 실시간으로 네트워크를 통해 제공받아 짙은 안개, 폭우, 결빙, 태풍 등으로 인한 기상 재난으로부터 도로상의 결빙 요인 발생 시 신속한 감지를 통해 관리할 수 있는 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 에너지 사용 감지 센서로부터 데이터를 수집하고, 에너지의 최적화 관리에 활용될 머신러닝 알고리즘을 적용한 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 과거 에너지 사용 데이터 분석을 통한 실시간 에너지 사용량 예측이 가능하고, 사용량 예측을 통한 최적화된 에너지 유입/유출을 관리할 수 있는 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 과거 에너지 사용 시계열 데이터 분석을 통한 계절별, 날씨별 에너지 사용 패턴으로 정형화하고, 이를 활용한 최적의 에너지 사용 룰(rule)을 도출한 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 거주자의 성향 및 몸상태를 자동으로 파악하여 온도 조절이 가능하고, 머신러닝 기반의 자동 분석 데이터에 따른 에너지 절감이 가능한 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 빌딩 주차장 도로에 설치되는 열선; 현재 대기상태를 측정하는 대기 센서부; 상기 빌딩 주차장 도로에 설치되며 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 태양전지패널; 상기 태양전지패널로부터 발생되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부; 상기 빌딩 주차장 도로의 강설 또는 결빙을 제거하거나 내부 온도 가열을 선택할 수 있어 결빙 해결해야 하더라도, 동시에 내부 온도 가열이 필요한 상황이 발생할 때, 우선 순위를 선택할 수 있는 에너지 선택부; 빌딩의 각종 설비의 에너지 사용량을 감시할 수 있고, 태양열 또는 지열 발전 설비의 생산량을 감시할 수 있으며, 빌딩 조명 설비의 에너지 사용량을 감시할 수 있는 에너지 센서; 빌딩 또는 시설 내부에 적어도 하나 이상 배치되어 상기 빌딩 또는 상기 시설 내부에서 동작하는 복수 개의 설비로부터 상기 복수 개의 설비에서 수집한 에너지 사용 정보를 이용하여 머신 러닝으로 상기 빌딩의 에너지 소비 패턴 정보를 생성하고 상기 생성된 에너지 소비 패턴 정보와 미리 저장되거나 또는 머신 러닝을 통해 실시간으로 결정되는 에너지 요금 절감 정보를 이용하여 상기 빌딩에 대한 에너지를 절감하는 에너지 소비 관리부; 상기 빌딩 설비 사물데이터 센서와 실시간 통신을 통해 해당 제어 대상이 되는 설비, 전력, 조명 관제점의 유무 및 정상동작 여부를 화면상에 표시하고, 빌딩 또는 시설 내부에 적어도 하나 이상 배치되어 상기 빌딩에서 동작하는 복수 개의 설비로부터 상기 복수 개의 설비에 대한 에너지 사용 정보를 수집하는 에너지 센서를 통해 흐르는 부하전류를 직접 검출하여, 상기 빌딩 설비, 빌딩 사용 전력, 조명, 난방의 작동 시간을 측정하여 전력사용량을 표시하고, 상기 빌딩 내 환경센서 또는 외기 기후 센서 또는 기상청 예보 데이터를 전달받는 에너지 모니터링부; 및 상기 설비, 전력, 조명을 운용, 제어하는 스케줄 설정 화면을 표시하여 사용자가 원하는 설정값이 입력되면 이 설정값이 저장되고, 상기 에너지 모니터링부를 통한 전력사용량과 환경센서 또는 외기 기후 센서 또는 기상청 예보 데이터를 통해 에너지 사용을 차별적으로 관리하는 에너지 관리 제어부;를 포함한다.
상기 에너지 관리 제어부는 상기 설정값을 적용하여 상기 빌딩 설비, 빌딩 사용 전력, 조명, 난방, 발전을 운용할 경우 사용된 전력사용량과 상기 에너지 요금 절감 정보에 따라 사용된 전력사용량과 과거 에너지 사용량 시계열 데이터를 비교하여 상기 에너지 모니터링부를 통해 표시된다.
상기 에너지 센서는 온도, 습도, 가스, 초음파, 가속 센서와 전기적으로 연결된다.
본 발명은 빌딩 발전 설비로부터 발전되는 생산량을 관리하는 발전설비 생산 관리부; 상기 빌딩 발전설비를 통해 발전되어 저장된 에너지 저장소의 에너지 판매를 관리하는 에너지 판매 관리부;를 더 포함하되, 상기 빌딩의 총 전력 소비량이 상기 빌딩 발전 설비의 자체 생산량 이상이면, 상기 자체 생산량을 상기 빌딩 각종 설비나 조명 설비에 공급하고, 상기 빌딩의 총 전력 소비량이 상기 빌딩 발전 설비의 자체 생산량 미만이면, 상기 자체 생산량 중 상기 빌딩 각종 설비나 조명 설비에 공급되지 않고, 남는 전력을 전력기관에 판매한다.
본 발명은 사용자의 가전기기 사용 여부, 시간의 흐름에 따라 각 센서들로부터 감지된 사용자 위치, 행위정보를 토대로 각 위치의 전력량 및 조도정보를 파악하여 머신 러닝으로 분석한 상기 사용자의 성향, 몸상태, 취향, 및 행태 데이터를 저장하여 상기 전력량 및 조도정보를 조절한다.
본 발명은 빌딩 벽면에 설치되는 열선; 현재 대기상태를 측정하는 대기 센서부; 상기 빌딩 벽면에 설치되며 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 태양전지패널; 상기 태양전지패널로부터 발생되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부; 및 강설 또는 결빙을 제거하거나 내부 온도 가열을 선택할 수 있어 결빙 해결해야 하더라도, 동시에 내부 온도 가열이 필요한 상황이 발생할 때, 우선 순위를 선택할 수 있는 에너지 선택부;를 포함하되, 상기 에너지 소비 관리부는 빌딩 벽면 외부 카메라에서 2차원 이미지와 입체적인 3차원 이미지를 전달받아 2차원 이미지를 각 온도에 따라 분별되어 저장된 표준 표면 온도 이미지와 비교하여 색상 또는 명암의 유사 여부로 상기 빌딩 벽면 위의 강설 또는 결빙 상태를 예측하고, 3차원 이미지로 수분, 강설 또는 결빙 두께를 판단하고, 미리 입력 받아 저장한 특정 온도, 강설 또는 결빙 두께와 비교하여 일정 수치 이상인 경우 강설 또는 결빙 알람 상태로 판단하거나, 기상 통신부로부터 현재 온도 정보를 전달 받아 현재 온도를 판단하고, 2차원 이미지와 3차원 이미지와 기상 통신부의 현재 온도 정보와 연동하여 강설 또는 결빙 상태로 판단되는 경우 상기 에너지 저장부의 전기 에너지를 열선에 전송하여 빌딩 벽면의 강설 또는 결빙 상태를 해결하도록 제어한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 태양광을 이용한 빌딩 주차장과 같은 도로에 열선을 설치하여 가동하기 위해 내부 에너지 저장부를 마련하여 전기 에너지를 축적하고, 축적된 전기 에너지를 전기적으로 연결된 열선에 전송함으로써, 빌딩 주차장의 강설 또는 결빙을 사전에 방지하여 차량 등 사고를 미연에 방지할 수 있고, 또한 태양광을 이용하여 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
판단의 기준을 미리 설정하지 않고 실시간 저장되는 대용량의 데이터로부터 머신 러닝으로 스마트 빌딩 에너지 실시간 관리 상황을 자동으로 인지하여 각각의 경우에 대한 최적화된 에너지 소비 절감 판단을 할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은 과거 에너지 사용 시계열 데이터 분석을 통한 계절별 및 날씨별 에너지 사용 패턴으로 정형화하여 에너지 절감이 가능하다.
또한 본 발명은 자체 생산하여 저장한 에너지를 상황에 따라 실시간으로 판매하는 전력 상거래를 통해 빌딩 사용자의 경제성을 제고할 수 있다.
또한 본 발명은 거주자의 성향 및 몸상태를 자동으로 파악하여 온도 조절을 할 수 있어, 현재 거주자의 상황에 따른 에너지 절감이 가능하다.
또한 본 발명은 태양광을 이용하여 빌딩 외부벽과 내부벽에 열선을 설치하고, 태양광을 저장하기 위해 내부 에너지 저장부를 마련하며, 축적된 전기 에너지를 전기적으로 연결된 열선에 전송함으로써, 빌딩 외부벽의 결빙에 의해 외부로 열을 빼앗기는 것을 미연에 방지할 수 있고, 또한 태양광을 이용하여 에너지 절감 효과도 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 강설 또는 결빙을 제거하거나 내부 온도 가열을 선택할 수 있어 결빙 해결해야 하더라도, 동시에 내부 온도 가열이 필요한 상황이 발생할 때, 우선 순위를 선택할 수 있는 에너지 차별적 선택이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템의 세부적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템의 세부적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템의 세부적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 순서를 보여주는 플로우 챠트 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템의 세부적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템의 세부적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템의 세부적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 순서를 보여주는 플로우 챠트 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명은 에너지 소비 관리부(110), 에너지 모니터링부(120), 에너지 관리 제어부(130), 발전설비 생산 관리부(150), 에너지 판매 관리부(160) 등으로 구성된다.
에너지 소비 관리부(110)는 머신 러닝 모듈(1101)과 과거 에너지 사용량 시계열 DB(1104)에 연결된 에너지 소비 패턴 정보 모듈(111)과 머신 러닝 모듈(1102)과 연결된 에너지 요금 절감 정보 모듈(112)로 구성되며, 상기 머신 러닝 모듈들(1101, 1102)은 머신 러닝 DB(1103)와 연결되어 빅데이터를 업데이트 받고 있다.
또한 상기 에너지 소비 패턴 정보 모듈(111)은 빌딩 또는 시설 내부에 적어도 하나 이상 배치되어 상기 빌딩 또는 상기 시설 내부에서 동작하는 복수 개의 설비로부터 상기 복수 개의 설비에서 수집한 에너지 사용 정보를 이용하여 머신 러닝으로 상기 빌딩의 에너지 소비 패턴 정보를 생성한다.
본 발명은 상기 에너지 요금 절감 정보 모듈(112)을 통한 상기 생성된 에너지 소비 패턴 정보와 미리 저장되거나 또는 머신 러닝을 통해 실시간으로 결정되는 에너지 요금 절감 정보를 이용하여 상기 빌딩에 대한 에너지를 절감한다.
이를 위해 상기 에너지 소비 관리부(110)는, 상기 빌딩 각종 설비(1)의 에너지 사용량을 감시할 수 있고, 상기 태양열 또는 지열 발전 설비(2)의 생산량을 감시할 수 있으며, 상기 빌딩 조명 설비(3)의 에너지 사용량을 감시할 수 있는 에너지 센서(11)와 전기적으로 연결된다.
상기 에너지 센서는 온도, 습도, 가스, 초음파, 가속 센서와 전기적으로 연결되는 사물 센서(Internet of Things sensor)일 수 있다.
또한 상기 빌딩 발전설비(2)는 절기별 온도변화가 거의 없는 지열을 이용한 열교환 과정을 통해 냉난방에 필요한 열원을 확보함과 아울러 저가의 심야 잉여전력을 활용하여 지열을 축냉/축열시켜 저장한 후 주간의 냉난방에 이용할 수 있도록 함으로써, 에너지절감 및 피크부하저감 효과를 항상 얻을 수 있다.
상기 머신 러닝은 다양한 알고리즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, Support Vector Machine 기법, 신경망 알고리즘, 단순한 Rule 적용, 논리연산 방법, IFTTT(If This Than That)와 같은 직관적 연결방법, Kalman Filter를 이용한 기법, 추론 기법 등의 방법을 포함할 수 있다. 또한, 패턴들 간에 유사성을 파악하기 위하여 cross-correlation을 이용할 수 있다.
일실시예로서, 전력 사용량을 판단할 때, 검침 당월을 기준으로 직전 12개월 중의 최대 수요 전력이 월 기본 요금의 적용 대상이 될 경우, 당월 중 전력 사용량이 적음에도 불구하고 최대 수요 전력에 해당하는 요금을 기본 요금으로 부담하게 되므로 건물 에너지의 경우 최대 수요 전력을 절감하는 것이 중요한 에너지 관리 목표가 된다.
따라서, 머신 러닝을 이용한 에너지 소비 패턴 정보를 이용하여 최대 수요 전력을 감시 또는 예측하여 제어 목표 전력을 초과할 우려가 있을 때 단계적으로 가장 소비가 적은 부하를 미리 차단하여 제어 목표 전력을 초과하지 않도록 한다.
에너지 모니터링부(120)는 상기 빌딩 설비 사물데이터 센서와 실시간 통신을 통해 해당 제어 대상이 되는 설비, 전력, 조명 관제점의 유무 및 정상동작 여부를 화면상에 표시하고, 빌딩 또는 시설 내부에 적어도 하나 이상 배치되어 상기 빌딩에서 동작하는 복수 개의 설비로부터 상기 복수 개의 설비에 대한 에너지 사용 정보를 수집하는 에너지 센서를 통해 흐르는 부하전류를 직접 검출하여, 상기 빌딩 설비, 빌딩 사용 전력, 조명, 난방, 발전을 운용, 제어하는 설비의 작동 시간을 측정하여 전력사용량을 모니터(1201)에 표시한다.
상기 에너지 모니터링부(120)는 상기 빌딩 내 환경센서(예: 출입인원수 등, 내부 온도 등) 또는 외기 기후 센서 또는 기상청으로 부터의 예보 데이터를 모니터링한다.
에너지 관리 제어부(130)는 상기 설비, 전력, 조명을 운용, 제어하는 스케줄 설정 화면을 표시하여 사용자가 원하는 설정값이 입력되면, 상기 설정값을 적용하여 상기 빌딩 설비, 빌딩 사용 전력, 조명, 난방, 발전을 운용할 경우 사용된 전력사용량과 상기 에너지 요금 절감 정보에 따라 사용된 전력사용량을 비교하여 상기 에너지 모니터링부(120)를 통해 표시하여 에너지의 실시간 관리가 가능하다.
상기 에너지 관리 제어부(130)는 상기 설정값을 적용하여 상기 빌딩 설비, 빌딩 사용 전력, 조명, 난방, 발전을 운용할 경우 사용된 전력사용량과 상기 에너지 요금 절감 정보에 따라 사용된 전력사용량과 과거 에너지 사용량 시계열 데이터를 비교하여 상기 에너지 모니터링부(120)를 통해 표시한다.
상기 에너지 관리 제어부(130)는 상기 에너지 모니터링부(120)를 통한 전력사용량과 환경센서 또는 외기 기후 센서 또는 기상청 예보 데이터를 통해 에너지 사용을 차별적으로 관리한다.
예를 들어 상기 에너지 관리 제어부(130)는 기후와 온도에 따라 과거 에너지 사용량 시계열 데이터를 비교하여 차별적으로 관리한다.
이러한 비교 데이터를 통하여 관리자는 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템(100)을 통합적으로 관리할 수 있으며, 각각의 경우에 대한 최적화된 에너지 판단을 할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 거주자 분석 센서(12)를 통한 분석된 결과를 이용하여 행태 분석 및 시간 분석을 수행하여 하나 이상의 분석 정보를 출력하고, 머신 러닝을 이용하여 사용자의 행동 패턴을 예측하여 실시간으로 개인의 선호나 취향에 최적화된 정보를 생성해낸다.
한편, 본 발명은 빌딩 발전 설비(2)로부터 발전되는 생산량을 관리하는 발전설비 생산 관리부(150), 상기 빌딩 발전설비(162)를 통해 발전되어 저장된 에너지 저장소(161)의 에너지 판매를 관리하는 에너지 판매 관리부(160)를 더 포함할 수 있다.
즉 본 발명은 상기 빌딩의 총 전력 소비량이 상기 빌딩 발전 설비(2)의 자체 생산량 이상이면, 상기 자체 생산량을 상기 빌딩 각종 설비(1)나 조명 설비에 공급하고, 상기 빌딩의 총 전력 소비량이 상기 빌딩 발전 설비(2)의 자체 생산량 미만이면, 상기 자체 생산량 중 상기 빌딩 각종 설비(1)나 조명 설비(3)에 공급되지 않고, 남는 전력을 전력기관에 판매할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 발전 설비의 생산량을 확인한다(S11).
그리고, 에너지 사용량을 비교하여 총 전력 소비량이 생산량 보다 작다면(S12, S13), 자체 전력을 빌딩 각종 설비, 조명 설비에 공급하고 남은 전력을 전력 기관에 판매한다(S14).
S13 단계에서 총 전력 소비량이 생산량 보다 크다면 판매할 수 있는 전력이 남지 않으므로 자체 전력을 빌딩 각종 설비(1), 조명 설비(3)에 공급하면 된다(S14).
따라서 본 발명은 자체 생산/저장한 에너지를 상황에 따라 실시간으로 판매하는 전력 상거래를 통해 빌딩 사용자의 경제성을 제고할 수 있다.
또한 본 발명은 인공지능(Artificial Intelligence, AI) 방식으로 딥러닝 알고리즘을 사용하여 실시간으로 입력되는 정보로 판단기준을 설정하고 지속적으로 업데이트할 수 있는 특징이 있다.
또는 본 발명은 사용자의 움직임 속도, 움직임 정도, 위치 정보 또는 동작 특성을 포함하는 운동 정보를 머신 러닝 DB(1103)에 업데이트하여 학습할 수 있다.
따라서 사용자의 가전기기 사용 여부, 시간의 흐름에 따라 각 센서 들로 부터 감지된 사용자 위치, 행위정보를 토대로 각 위치의 전력량 및 조도정보를 파악하여 머신 러닝으로 분석한 상기 사용자의 성향, 몸상태, 취향, 및 행태 데이터를 저장하여 상기 전력량 및 조도정보를 조절할 수 있다.
한편 본 발명의 일실시예로서, 빌딩 벽면에 설치되는 열선, 현재 대기상태를 측정하는 대기 센서부, 상기 빌딩 벽면에 설치되며 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 태양전지패널, 상기 태양전지패널로부터 발생되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부, 강설 또는 결빙을 제거하거나 내부 온도 가열을 선택할 수 있는 에너지 선택부를 포함한다.
또한 본 발명은 상기 에너지 소비 관리부를 이용하여 빌딩 벽면 외부 카메라에서 2차원 이미지와 입체적인 3차원 이미지를 전달받아 2차원 이미지를 각 온도에 따라 분별되어 저장된 표준 표면 온도 이미지와 비교하여 색상 또는 명암의 유사 여부로 상기 빌딩 벽면 위의 강설 또는 결빙 상태를 예측한다.
상기 에너지 소비 관리부는 3차원 이미지로 수분, 강설 또는 결빙 두께를 판단하고, 미리 입력 받아 저장한 특정 온도, 강설 또는 결빙 두께와 비교하여 일정 수치 이상인 경우 강설 또는 결빙 알람 상태로 판단한다.
상기 에너지 소비 관리부는 기상 통신부로부터 현재 온도 정보를 전달 받아 현재 온도를 판단하고, 2차원 이미지와 3차원 이미지와 기상 통신부의 현재 온도 정보와 연동하여 강설 또는 결빙 상태로 판단되는 경우 상기 에너지 저장부의 전기 에너지를 열선에 전송하여 빌딩 벽면의 강설 또는 결빙 상태를 해결하도록 제어한다.
상기 에너지 선택부는 강설 또는 결빙을 제거하거나 내부 온도 가열을 선택할 수 있어 결빙 해결해야 하더라도, 동시에 내부 온도 가열이 필요한 상황이 발생할 때, 우선 순위를 선택할 수 있는 장치이다.
한편 본 발명의 다른 실시예로서, 빌딩 내부 사람의 움직임 영역이 추출되었을 때 각각의 움직임 물체를 추적하면서 움직임 물체에 대한 특징점을 추출하기 위해, KLT(Kanade-Lucas-Tomasi) 알고리즘과 움직임 물체의 옷의 색 특성 및 위치 정보를 이용하여 특징점을 추출한 후 머신 러닝 학습에 이용한다.
예를 들어 본 발명은 추적하는 픽셀들의 분포를 확률밀도로 구성하여 그를 기반으로 보행자 영역을 설정하여 추적하는 기법을 사용한다.
상기 KLT 알고리즘은 보행자의 영역에서 특징을 추출하고 추출된 특징에 대해서 추적을 하는 알고리즘이다. 추출된 특징은 Tomasi 코너 특징으로 이는 소벨 연산자를 이용하여 2 차미분을 계산하고, 계산된 2 차 미분으로 고유값을 계산하는데 두 개의 고유값 중에서 작은 고유값의 크기가 일정 임계값보다 클 경우의 특징이다.
또한 희소 옵티컬플로우 방법인 KL 방법은 프레임간에 밝기가 변하지 않고, 시간이 지속적이며 공간 일관성을 가질 때 추적할 점들이 미리 정해져있으면 정해진 점들 위에 씌어진 작은 윈도우 안에서 해당된 픽셀을 추적하는 방법이다. 미리 추적할 점을 Tomasi 코너 특징으로 가져갈 경우 SIFT(Scale Invariant Feature Transform)에서 사용하는 특징점 추출 방법 등 보다 KLT 알고리즘이 더 유리하게 된다.
본 발명에서는 최외곽점 영역설정과 확률밀도 영역설정을 사용할 수 있는 데, 빌딩 내부 사람의 움직임 영역을 효율적으로 추적할 수 있는 최외곽점 영역설정 방법을 사용하여 획득한 영상을 머신 러닝으로 분석할 수 있게 된다.
또한 조명 변화에 둔한 HSI color model과 이를 정규화한 qualified HSI model을 이용하여 영상차를 적용한 뒤 움직임 영역을 추출한다.
또한, 본 발명은 팽창(Dilatation)과 침식(Erosion) 연산과정을 적용해 잡음을 최소화한 움직임 영역을 구하거나 공간상의 정보(Spatial Gradient)와 시간상의 정보(Temporal Gradient)를 이용하여 이동하는 사람의 윤곽을 추출한다.
따라서 본 발명은 상기 획득한 영상을 머신 러닝으로 분석한 후 사람의 움직임이 많이 발생하는 빌딩 내의 일정 지역에 에너지를 집중 소비하도록 에너지 관리 제어부가 제어할 수 있다.
한편 본 발명의 일실시예로서, 빌딩 주차장 도로에 설치되는 열선; 현재 대기상태를 측정하는 대기 센서부; 상기 빌딩 주차장 도로에 설치되며 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 태양전지패널; 상기 태양전지패널로부터 발생되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부; 상기 빌딩 주차장 도로의 강설 또는 결빙을 제거하거나 내부 온도 가열을 선택할 수 있어 결빙 해결해야 하더라도, 동시에 내부 온도 가열이 필요한 상황이 발생할 때, 우선 순위를 선택할 수 있는 에너지 선택부; 빌딩의 각종 설비의 에너지 사용량을 감시할 수 있고, 태양열 또는 지열 발전 설비의 생산량을 감시할 수 있으며, 빌딩 조명 설비의 에너지 사용량을 감시할 수 있는 에너지 센서; 빌딩 또는 시설 내부에 적어도 하나 이상 배치되어 상기 빌딩 또는 상기 시설 내부에서 동작하는 복수 개의 설비로부터 상기 복수 개의 설비에서 수집한 에너지 사용 정보를 이용하여 머신 러닝으로 상기 빌딩의 에너지 소비 패턴 정보를 생성하고 상기 생성된 에너지 소비 패턴 정보와 미리 저장되거나 또는 머신 러닝을 통해 실시간으로 결정되는 에너지 요금 절감 정보를 이용하여 상기 빌딩에 대한 에너지를 절감하는 에너지 소비 관리부; 상기 빌딩 설비 사물데이터 센서와 실시간 통신을 통해 해당 제어 대상이 되는 설비, 전력, 조명 관제점의 유무 및 정상동작 여부를 화면상에 표시하고, 빌딩 또는 시설 내부에 적어도 하나 이상 배치되어 상기 빌딩에서 동작하는 복수 개의 설비로부터 상기 복수 개의 설비에 대한 에너지 사용 정보를 수집하는 에너지 센서를 통해 흐르는 부하전류를 직접 검출하여, 상기 빌딩 설비, 빌딩 사용 전력, 조명, 난방의 작동 시간을 측정하여 전력사용량을 표시하고, 상기 빌딩 내 환경센서 또는 외기 기후 센서 또는 기상청 예보 데이터를 전달받는 에너지 모니터링부; 및 상기 설비, 전력, 조명을 운용, 제어하는 스케줄 설정 화면을 표시하여 사용자가 원하는 설정값이 입력되면 이 설정값이 저장되고, 상기 에너지 모니터링부를 통한 전력사용량과 환경센서 또는 외기 기후 센서 또는 기상청 예보 데이터를 통해 에너지 사용을 차별적으로 관리하는 에너지 관리 제어부;를 포함한다.
1 : 빌딩 각종 설비
2, 162 : 빌딩 발전 설비
3 : 빌딩 조명 설비
11 : 에너지 센서
12 : 거주자 분석 센서
110 : 에너지 소비 관리부
111 : 에너지 소비 패턴 정보 모듈
112 : 에너지 요금 절감 정보 모듈
120 : 에너지 모니터링부
130 : 에너지 관리 제어부
150 : 발전설비 생산 관리부
160 : 에너지 판매 관리부
1101, 1102 : 머신 러닝 모듈
1103 : 머신 러닝 DB
1104 : 과거 에너지 사용량 시계열 DB
1201 : 모니터
2, 162 : 빌딩 발전 설비
3 : 빌딩 조명 설비
11 : 에너지 센서
12 : 거주자 분석 센서
110 : 에너지 소비 관리부
111 : 에너지 소비 패턴 정보 모듈
112 : 에너지 요금 절감 정보 모듈
120 : 에너지 모니터링부
130 : 에너지 관리 제어부
150 : 발전설비 생산 관리부
160 : 에너지 판매 관리부
1101, 1102 : 머신 러닝 모듈
1103 : 머신 러닝 DB
1104 : 과거 에너지 사용량 시계열 DB
1201 : 모니터
Claims (6)
- 빌딩 주차장 도로에 설치되는 열선;
현재 대기상태를 측정하는 대기 센서부;
상기 빌딩 주차장 도로에 설치되며 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 태양전지패널;
상기 태양전지패널로부터 발생되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부;
상기 빌딩 주차장 도로의 강설 또는 결빙을 제거하거나 내부 온도 가열을 선택할 수 있어 결빙 해결해야 하더라도, 동시에 내부 온도 가열이 필요한 상황이 발생할 때, 우선 순위를 선택할 수 있는 에너지 선택부;
상기 빌딩의 각종 설비의 에너지 사용량을 감시할 수 있고, 태양열 또는 지열 발전 설비의 생산량을 감시할 수 있으며, 빌딩 조명 설비의 에너지 사용량을 감시할 수 있는 에너지 센서;
상기 에너지 센서가 빌딩 또는 시설 내부에 적어도 하나 이상 배치되어 상기 빌딩 또는 상기 시설 내부에서 동작하는 복수 개의 설비로부터 상기 복수 개의 설비에서 수집한 에너지 사용 정보를 상기 에너지 센서가 감지하여 머신 러닝으로 상기 빌딩의 에너지 소비 패턴 정보를 생성하고 상기 생성된 에너지 소비 패턴 정보와 미리 저장되거나 또는 상기 머신 러닝을 통해 실시간으로 결정되는 에너지 요금 절감 정보를 이용하여 상기 빌딩에 대한 에너지를 절감하는 에너지 소비 관리부;
상기 에너지 센서와 실시간 통신을 통해 해당 제어 대상이 되는 설비, 전력, 조명 관제점의 유무 및 정상동작 여부를 화면상에 표시하고, 상기 에너지 센서를 통해 흐르는 부하전류를 직접 검출하여, 상기 빌딩 설비, 빌딩 사용 전력, 조명, 난방의 작동 시간을 측정하여 전력사용량을 표시하고, 상기 빌딩 내 환경센서 또는 외기 기후 센서 또는 기상청 예보 데이터를 모니터링하는 에너지 모니터링부; 및
상기 설비, 전력, 조명을 운용, 제어하는 스케줄 설정 화면을 표시하여 사용자가 원하는 설정값이 입력되면 이 설정값이 저장되고, 상기 에너지 모니터링부를 통한 전력사용량과 환경센서 또는 외기 기후 센서 또는 기상청 예보 데이터를 통해 에너지 사용을 관리하는 에너지 관리 제어부;를 포함하며,
사용자의 가전기기 사용 여부, 시간의 흐름에 따라 각 센서들로부터 감지된 사용자 위치, 행위정보를 토대로 각 위치의 전력량 및 조도정보를 파악하여 머신 러닝으로 분석한 상기 사용자의 성향, 몸상태, 취향, 옷의 색 특성 및 행태 데이터를 통해 상기 전력량 및 조도정보를 조절하는데,
빌딩 내부 상기 사용자의 움직임 영역이 추출되었을 경우 각각의 움직임 물체를 추적하면서 움직임 물체에 대한 특징점을 추출하기 위해, KLT(Kanade-Lucas-Tomasi) 알고리즘과 움직임 물체의 옷의 색 특성 및 위치 정보를 이용하여 특징점을 추출한 후 상기 머신 러닝으로 분석한 데이터를 통해 상기 전력량 및 조도정보를 조절하고,
조명 변화에 둔한 HSI color model과 이를 정규화한 qualified HSI model을 이용하여 움직임 영역을 추출하여, 팽창(Dilatation)과 침식(Erosion) 연산과정을 적용해 잡음을 최소화한 움직임 영역을 구하여 이동하는 사람의 윤곽을 추출하고, 획득한 영상을 머신 러닝으로 분석한 데이터를 통해 상기 전력량 및 조도정보를 조절하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 에너지 관리 제어부는 상기 설정값을 적용하여 상기 빌딩 설비, 빌딩 사용 전력, 조명, 난방, 발전을 운용할 경우 사용된 전력사용량과 상기 에너지 요금 절감 정보에 따라 사용된 전력사용량과 과거 에너지 사용량 시계열 데이터를 비교하여 상기 에너지 모니터링부를 통해 표시하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 에너지 센서는 온도, 습도, 가스, 초음파, 가속 센서와 전기적으로 연결되는 사물 센서(Internet of Things sensor)인 것을 특징으로 하는 태양광 발전을 이용한 스마트 빌딩 도로 결빙 및 에너지 실시간 관리 시스템. - 삭제
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