KR102136086B1 - 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치 - Google Patents

태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치 Download PDF

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김현우
이다훈
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Abstract

태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치를 개시한다. 본 발명의 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치는 외부 설비의 일 영역과 탈착가능하게 설치되는 설치 부재 및 설치 부재에 의해서 상기 외부 설비에 고정되되, 내부에 기상 정보를 측정하기 위한 다양한 부품을 포함하는 하우징 부재를 포함하고, 하우징 부재는, 다양한 부품으로써 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양광 패널부, 태양광 패널부에 의해서 변환된 전기 에너지를 저장하는 배터리부, 스카이 이미지를 촬상하는 촬상부, 외부 설비 및 다른 종류의 센서들과 입출력 인터페이스하는 인터페이스부, 원격의 서버와 통신하는 통신부 및 전반적인 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치{Meteorological information acquisition device for predicting solar power generation}
본 발명은 기상 정보 획득 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 다양한 종류의 센서를 구비하여 다양한 종류의 기상 정보를 실시간으로 정밀하게 획득하여 태양광 발전량을 예측할 수 있는 기상 정보 획득 장치에 관한 것이다.
일반적으로 기상 정보를 확보하기 위하여 지상의 특정 개소에 기상 관측 장비를 설치하고, 해당 기상 관측 장비를 이용하여 해당 개소의 온도, 습도, 풍향, 풍속 등의 정보를 측정하고, 다수 개소에서 정보를 취합한다.
특정한 기상 정보(예를 들어, 온도, 일사량 등)의 경우에는 지역마다 관측 특성으로 기인하여 측정값의 편차가 크고, 편차가 클 경우에는 정보로써의 신뢰성이 떨어질 수 밖에 없다. 특정 지역에 대한 신뢰성 있는 정보를 획득하기 위해서는 해당 지역에서 기상 정보를 측정해야만 한다.
하지만, 기존의 기상 관측 장비는 온도, 습도, 풍향, 풍속 등의 기본적인 기상 정보만을 측정할 수 있다. 추가적인 기상 정보를 측정하기 위해서는 별도의 장비를 별도로 설치해야 하므로 설치 및 운영 상의 문제점이 지적되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 센서를 통합적으로 구비하고 이들 센서를 이용하여 다양한 정보를 획득할 수 있도록 특정 설비에 설치가 용이한 다기능 기상 관측 장비에 대한 개발의 필요성이 요구된다.
선행특허 1 : 등록특허 제10-0853757호 (공고일 : 2008년 08월 25일) 선행특허 2 : 등록특허 제10-1879332호 (공고일 : 2018년 07월 17일) 선행특허 3 : 등록특허 제10-1890673호 (공고일 : 2018년 08월 22일) 선행특허 4 : 등록특허 제10-1380675호 (공고일 : 2014년 04월 02일)
상술한 필요성에 의해서 안출된 본 발명은 특정 개소에 미리 설치된 장비에 추가 설치가 용이한 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고,
기상 정보의 특성을 고려하여 기존 방식에 비하여 개선된 측정 방식으로 기상 정보를 측정함으로써 실시간 태양광 발전량을 예측할 수 있는 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치를 제공하는 것을 목적으로 하며,
측정된 기상 정보에 대한 데이터 확인 및 교환이 편리한 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치는 외부 설치가 용이한 다기능 기상 정보 획득 장치는, 설치 홈을 구비하고, 상기 설치 홈을 통해서 외부 설비의 일 영역에 고정설치되는 설치 부재와 체결되서 상기 외부 설비에 고정되는 하우징부; 상기 하우징부의 내부에 위치하되 외부로 노출되는 면을 가지는 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양광 패널부; 상기 하우징부의 내부에 위치하고, 상기 태양광 패널부에 의해서 변환된 전기 에너지를 저장하는 배터리부; 상기 하우징부의 내부에 위치하되 외부로 노출되는 면을 가지는 스카이 이미지를 촬상하는 촬상부; 상기 하우징부의 내부에 위치하되 외부로 노출되는 홈을 통해서 상기 외부 설비 및 다른 종류의 센서들과 입출력 인터페이스하는 인터페이스부; 상기 하우징부의 내부에 위치하는 원격의 서버와 통신하는 통신부; 및 상기 하우징부의 내부에 위치하는 전반적인 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다.
이 경우에, 상기 외부 설비는, 태양광 발전 설비이고, 일측이 상기 태양광 발전 설비의 일 영역에 고정되는 고정 부재와 타측이 상기 하우징부에 구비된 설치 홈과 체결되는 체결 부재로 구성되는 체결부를 더 포함한다.
이 경우에, 상기 촬상부는, 상기 태양광 발전 설비가 설치된 지역의 하늘에 대한 실시간 스카이 이미지를 촬상할 수 있다.
한편, 상기 인터페이스부에 연결되고, 상기 태양광 발전 설비에 구비된 태양광 패널과 접촉하도록 설치되는 접촉 온도 센서를 더 구비한다.
한편, 상기 인터페이스부는 상기 태양광 발전 설비의 주변의 일사량, 온도, 습도, 풍향, 풍속 및 기타 기상 정보를 측정하는 다양한 기상 센서들을 확장할 수 있다.
이 경우에, 상기 제어부는, 상기 태양광 발전 설비로부터 실시간 발전량을 수신하고, 측정된 일사량 정보를 이용하여 상기 태양광 발전 설비를 구성하는 태양광 패널의 오염도를 연산하고, 오염도에 따라 알림 메세지를 생성하여 상기 통신부를 통해서 원격의 사용자 단말에 제공할 수 있다.
한편, 상기 통신부는, 저전력 광역 통신 모듈일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 특정 개소에 미리 설치된 장비에 추가 설치가 용이하므로 장치의 설비 운용이 편리한 효과를 발휘하고,
기상 정보의 특성을 고려하여 기존 방식에 비하여 개선된 측정 방식으로 기상 정보를 측정할 수 있으므로, 다양한 기상 정보의 확보가 가능한 효과를 발휘하며,
측정된 기상 정보에 대한 데이터 확인 및 교환이 편리하므로 데이터 분석을 손쉽게 할 수 있는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치를 외부 설비에 설치한 일 예를 예시적으로 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치의 접속부와 하우징부를 분해하여 예시적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치의 평면 구조와 단면 구조를 예시적으로 설명하는 도면,
도 4는 도 2에 도시된 체결부를 이용하여 하우징부를 외부 설비에 설치하는 일 예를 도시한 도면,
도 5는 도 2에 도시된 체결부의 조립이 완성된 상태를 예시적으로 도시한 도면,
도 6은 도 5에 도시된 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치의 배면에 접촉 온도 센서를 추가로 설치한 일 예를 도시한 도면,
도 7은 도 6에 도시된 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치에 일사량 센서를 추가로 설치한 일 예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치로 이루어진 시스템과 외부 단말 사이의 네크워크를 예시적으로 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치와 원격 서버 및 외부 단말 사이의 데이터 흐름을 예시적으로 설명하는 타이밍도,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치를 이용하여 태양광 발전량 및 기상 정보를 수집하는 시스템을 예시적으로 설명하는 도면,
도 11은 도 10에 도시된 기본 단위별로 수집된 태양광 발전량 및 기상 정보를 시각적으로 표현하기 위한 방법을 예시적으로 설명하는 도면, 그리고,
도 12는 도 11에서 설명된 소규모 시각화를 대규모 시각화로 확대하여 태양광 발전량 및 기상 정보를 시각적으로 표현하는 일 예를 도시한 도면.
이하에서 도면을 참고하며 본 발명의 바람직한 실시 예를 중심으로 설명한다. 이하에서 설명하는 바람직한 실시 예는 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양하게 설계 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치를 외부 설비에 설치한 일 예를 예시적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참고하면, 태양광 패널(Solar Panel : SP)에 설치된 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치(100)를 확인할 수 있다.
태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치(100)는 외부 설치가 용이한 구조를 구비하고 있으므로, 외부 설비인 태양광 패널(SP)의 일 영역에 복잡한 시공을 하지 않고도 간편하게 설치되서 고정될 수 있다. 이렇게 외부 설비에 설치가 용이한 구조를 채택함으로써, 태양광 패널별로 본 발명의 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치(100)를 간편하게 설치할 수 있고, 태양광 패널별 기상 정보를 보다 정밀하게 측정할 수 있다.
도 1에서는 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치(100)가 태양광 패널(SP)의 측면 프레임에 설치된 것으로 도시되어 있으나, 태양광 패널(SP)의 하부 프레임, 상부 프레임 또는 별도의 확장 프레임 등 다양한 위치에 설치될 수 있다. 이하에서는 본 발명의 일 실시 예인 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치(100)가 외부 설비에 설치되는 방식에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치를 예시적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참고하면, 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치(100)는 하우징부(110), 태양광 패널부(120), 배터리부(130), 촬상부(140), 인터페이스부(150), 통신부(160), 제어부(170), 체결부(180) 및 센서부(190)를 포함한다.
하우징부(110)는 내부에 다양한 부품을 내재하는 통합형태로 구성될 수 있다. 하우징부(110)는 가로축보다 세로축의 길이가 긴 바(bar) 형태로 구성될 수 있다. 그 밖에도 하우징부(110)는 원통형, 반구형, 다각기둥형 등 다양한 형태로 가공될 수 있다. 하우징부(110)는 금속, 플라스틱, 합성수지, 탄소섬유 또는 이들의 조합된 재질로 구성될 수 있다. 하우징부(110)는 내부에 부품을 외부 온도, 습도, 먼지, 충격 등으로부터 보호하고, 외부 설비에 부착되서 고정될 수 있도록 한다. 하우징부(110)는 체결부(180)와 연결될 수 있는 적어도 하나 이상의 연결 홈(H_1, H_2)을 구비할 수 있다. 하우징부(110)의 연결 홈의 위치는 다양하게 설계될 수 있다.
태양광 패널부(120)는 적어도 1개소에 설치되며, 하우징부(110)의 전면부(상부로 노출된 면)에 노출된다. P형 반도체의 다결정 실리콘 웨이퍼의 수광면(표면)에 N형 불순물 확산에 의해 N형 반도체를 형성하는 것으로, P-N 접합구조를 형성하하고 표면에는 그리드 전극, 뒷면에는 이면전극을 형성하는 하나의 커다란 다이오드 소자인 수십 장의 태양전지셀을 직병렬로 연결하여 프레임에 수납한 것을 태양전지 모듈이라고 한다. 이러한 태양전지 모듈의 여러 장을 기계적으로 결합해 결선한 것을 태양전지 패널이라 한다. 또한 태양전지 모듈 혹은 태양전지 패널의 여러 장을 소정의 시스템 출력전압 및 출력전류를 얻을 수 있도록 배선으로부터 직병렬렬로 조합해 발판 또는 기초 등에 설치한 것을 태양전지 어레이라고 한다.
이하에서 솔라셀의 원리에 대한 자세한 설명을 하지 않더라도 본원 발명의 기술적 사상을 이해하는데 무리가 없으므로 솔라셀의 자세한 동작 원리 및 구조에 대해서는 생략한다.
태양광 패널부(120)는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 기상 정보 획득 장치(100)를 구동시키는 전원을 공급한다.
배터리부(130)는 태양광 패널부(120)에 의해서 생성된 전기적 에너지를 보관하는 배터리셀로 구성된 장치이다. 배터리부(130)는 리튬이온 배터리 등의 2차 전지 등으로 구현될 수 있다. 배터리부(130)는 태양광 패널부(120)에 의해서 발전된 전기 에너지를 저장하고, 기상 정보 획득 장치(100)에 필요한 전기적 에너지를 공급한다.
촬상부(140)는 외부 설비의 하늘 사진을 촬영할 수 있는 카메라이다. 촬상부(140)는 피사체인 하늘에 대한 이미지로부터 발산된 광 신호를 이미지 센서(CMOS, CCD 등)를 이용하여 전기적 신호로 변환한 뒤, 피사체의 정지 이미지를 저장 매체(반도체 메모리 카드 등)에 기록할 수 있다. 또는 촬상부(140)는 하늘 사진을 연속으로 촬상하여 동영상을 저장 매채에 기록할 수 있다.
촬상부(140)는 하늘 사진을 촬상하여 대기, 구름, 태양 등의 위치 및 형태를 식별할 수 있는 이미지 정보로 획득할 수 있다. 촬상부(140)는 대기 중의 구름의 위치, 이동 방향, 높이, 운량 등을 식별할 수 있도록 적외선 촬영, 파노라마 촬영, (초)고속 촬영 등의 기능을 제공한다. 또한 촬상부(140)는 어안 렌즈, 광각 렌즈 등을 이용하여 보다 넓은 촬상 영역을 확보할 수 있으며, 외부 설비를 중심으로 360도 범위에서 하늘 사진을 촬상할 수 있다.
인터페이스부(150)는 외부 장치와의 연결, 외부 전원의 충전 및 데이터 입/출력을 위한 인터페이스로 기능한다. 인터페이스부(150)는 USB 2.0, USB 3.0, MicroUSB, Uart, GPIO 등의 다양한 입출력 인터페이스로 구현될 수 있다.
통신부(160)는 장치간 유무선 통신을 하거나 원격에 위치하는 원격 서버(200)와의 데이터 통신을 수행한다. 통신부(160)는 근거리 통신, 원거리 통신 등을 지원하고, 저전력 통신 방식을 지원한다. 예컨대, 통신부(160)는 LoRa, NB-IoT, LTE CAT.M1 등의 저전력 광역 통신 모듈로 구현될 수 있다.
제어부(170)는 기상 정보 획득 장치(100)를 구성하는 부품의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(170)는 태양광 패널부(120)의 발전량, 발전속도 등을 감지하여 태양광 패널부(120)의 동작을 제어한다. 제어부(170)는 베터리부(130)의 충전 속도, 충전 가능량, 충전 횟수 등의 정보를 감지하여 배터리부(130)의 동작을 제어한다. 제어부(170)는 촬상부(140)의 셔터 속도, 조리개 개방 정도, 연속 촬영 여부, 밝기 조절, 화이트 밸런스 등을 조절하여 촬상부(140)의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(170)는 촬상부(140)에 의해서 획득된 이미지를 보정하거나 이미지 전처리를 수행할 수 있는 이미지 프로세서를 내장하거나 외부 이미지 프로세서를 제어하여 이미지 프로세싱을 수행한다. 제어부(170)는 인터페이스부(150)의 연결 상태, 연결된 장비의 종류, 데이터 송수신 여부 등을 감지하여 인터페이스부(150)의 동작을 제어한다. 제어부(170)는 통신부(160)의 통신 상태를 감지하고, 통신 상태에 따라 통신부(160)의 통신 방식을 조절하도록 제어할 수 있다.
체결부(180)는 하우징부(110)를 외부 설비에 고정 설치하도록 연결 부재로 기능한다. 체결부(180)는 외부 설비에 고정되는 고정부재(181)와 하우징부(110)에 연결되는 연결부재(182)로 구성될 수 있다. 체결부(180)는 볼트-너트 체결 방식으로 연결되고, 하우징부(110)를 외부 설비에 안정적으로 고정시켜준다.
센서부(190)는 온도 센서, 습도 센서, 가속도 센서, 기울기 센서, 진동 센서, 압력 센서, 풍향 센서, 풍속 센서, 일사량 센서 등 다양한 기상 정보를 측정할 수 있는 센서 등로 구성될 수 있다. 센서부(190)는 기본 내장된 센서와 추가 설치되는 센서로 구성될 수 있으며, 내장 센서의 경우에는 제어부(170)와 함께 PCB에 임배디드된 형태로 구성될 수 있다. 외장 센서의 경우에는 인터페이스부(150)를 통해서 연결되서 외부 상황을 감지할 수 있다.
본 발명의 경우에는 일사량 센서나 접촉 온도 센서의 경우에는 외부 센서로써 인터페이스부(150)를 통해서 연결되고, 제어부(170)의 제어에 따라 일사량 또는 태양광 패널(SP)의 표면 온도를 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치의 평면 구조와 단면 구조를 예시적으로 설명하는 도면이다. 도 3을 참고하면,
도 3(a)를 참고하면, 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치(100)는 2개소에 태양광 패널을 구비하여 자체적인 전력 생산 및 저장이 가능하다. 중심부에는 돔형태의 커버가 씌어진 카메라 모듈이 구비되어 있고, 주변에는 정보를 표시하기 위한 액정 디스플레이(LCD)가 구비되어 있다. 카메라 모듈과 액정 디스플레이의 위치 및 배열은 다양하게 설계변경될 수 있다.
도 3(b)를 참고하면, 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치(100)의 내부 구조를 이해할 수 있다. 태양광 패널은 기상 정보 획득 장치(100)의 구동을 위한 전력을 생산한다. 태양광 패널은 18V 출력의 발전이 가능한 2개의 패널을 사용할 수 있다. 태양광 발전 컨트롤러는 태양광 패널에서 생산되는 발전에 대한 전반적인 제어를 한다. DC 레귤레이터는 태양광 패널에서 발전된 전기에너지를 스테이블시켜서 배터리에 충전할 수 있도록 한다. 배터리는 12V 용량의 재충전 가능한 2차 전지를 사용한다. 중심부에 카메라모듈은 돔형태의 커버에 의해서 씌어져 있다. 그리고, 카메라 모듈은 하늘 이미지를 촬상하여 저장하고, 저장된 정보를 외부로 익스포트할 수 있다. 카메라 모듈은 정지 영상, 동영상 뿐만 아니라 파노라마 이미지, 광각 이미지 등 다양한 형태의 이미지를 획득할 수 있다. 액정 디스플레이는 카메라 모듈과 통합 형태로 구현될 수 있고, 기상 정보 획득 장치(100)의 전반적인 동작 상태에 대한 정보를 표기할 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 체결부를 이용하여 하우징부를 외부 설비에 설치하는 일 예를 도시한 도면이다. 도 3을 참고하면, 하우징부(110)의 연결 홈(H_1, H_2)에 체결부(180)의 체결 부재가 연결되고, 체결부(180)의 고정 부재는 태양광 패널(SP)의 연결 부위에 고정된다. 체결 부재에 의한 연결 방식은 볼트-너트 체결 방식이고, 고정 부재와 태양광 패널의 연결 방식도 볼트-너트 체결 방식으로 구성될 수 있다. 기상 정보 획득 장치(100)는 체결부(180)에 의해서 태양광 패널(SP)의 일 영역에 간편하게 설치될 수 있다. 설치가 완료된 일 예는 이하에서 별도의 도면을 참고하여 설명한다.
도 4는 도 2에 도시된 체결부의 조립이 완성된 상태를 예시적으로 도시한 도면이다. 도 4를 참고하면, 기상 정보 획득 장치(100)의 체결부(180)는 태양광 패널(SP)의 측면에 안정적으로 고정될 수 있다. 기상 정보 획득 장치(100)는 태양광 패널(SP)의 조립 부재에 볼트-너트 체결 방식으로 간편하게 조립될 수 있다. 또는 기상 정보 획득 장치(100)는 태양광 패널(SP)의 프레임에 직접 볼트-너트 체결 방식으로 조립될 수 있다. 또는 기상 정보 획득 장치(100)는 태양광 패널(SP)의 기본 프레임에 확장 프레임을 추가한 뒤, 확장 프레임에 볼트-너트 체결 방식으로 조립될 수 있다. 이렇게 기상 정보 획득 장치(100)는 외부 설비인 태양광 패널(SP)에 간편하게 설치될 수 있으므로, 태양광 패널 단위로 정밀하게 기상 정보를 측정할 수 있다. 또한, 기상 정보 획득 장치(100)는 무선 통신 방식으로 원격 서버(200)와 통신하므로, 측정된 기상 정보를 무선으로 원격지에 서버로 전송할 수 있다. 또한, 기상 정보 획득 장치(100)는 인터페이스부(150)를 구비하고 있으므로, USB 메모리 등을 통해서 기상 정보 획득 장치(100)에 저장된 기상 정보를 다운로드드 받을 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치에 접촉 온도 센서를 추가로 설치한 일 예를 도시한 도면이다. 도 5를 참고하면, 기상 정보 획득 장치(100)는 외부 장치를 손쉽게 확장 연결할 수 있다. 기상 정보 획득 장치(100)는 인터페이스부(150)를 통해서 연결되는 접촉 온도 센서(190-1)를 확장할 수 있다. 접촉 온도 센서(190-1)는 태양광 패널(SP)의 표면에 부착되서 태양광 패널(SP)의 표면 온도를 측정할 수 있다. 이러한 방식으로 태양광 패널(SP)의 표면 온도를 측정하면, 태양광 발전기에 의한 발전량을 정확하게 예측할 수 있는 정보로 활용할 수 있다. 이처럼 본 발명에 따르면 태양광 설비에 직접 설치됨으로써 정밀한 기상 정보를 확보할 수 있고, 태양광 설비와 관련된 정보도 손쉽게 획득할 수 있어서 태양광 발전기의 발전량 예측을 위한 정확한 기사 정보 및 관련 정보를 확보할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 6은 도 5에 도시된 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치에 일사량 센서를 추가로 설치한 일 예를 도시한 도면이다. 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기상 정보 획득 장치(100)는 외부 센서의 확장 및 설치가 용이하다는 장점이 있다. 예를 들어, 일사량 센서(190-2)를 하우징부(110)의 일 영역에 체결부(180)를 이용하여 손쉽게 확장할 수 있다. 일사량 센서(190-2) 뿐만 아니라 다른 종류의 센서도 연결 방식을 표준화함으로써 다양한 센서를 호환성 있게 확장할 수 있다는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치로 이루어진 시스템과 외부 단말 사이의 네크워크를 예시적으로 도시한 도면이다. 도 7을 참고하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치(100)는 하나의 단위 지역에 복수개로 구성될 수 있다.
복수 개의 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치(100-1 내지 100-M)는 하나의 시스템(10)으로 구성될 수 있다. 이렇게 구성된 시스템(10)은 저전력 광역 통신 방식으로 원격지의 원격 서버(200)와 통신할 수 있다. 여기서 저전력 광역 통신 방식은 LTE CAT.M1 방식이 적용될 수 있다.
LTE CAT.M1 방식은 이동통신 국제표준화단체(3GPP)에서 정해진 통신 표준이다(3GPP Release 13). LTE Cat.M1 표준은 속도를 높여 데이터 전송량을 늘리는 방식이다. LTE CAT.M1의 전송 속도는 300kbps로, 사물이동통신(IoT) 표준기술인 로라(LoRa, 5.5kbps)보다 50배 이상, 협대역 사물인터넷(NB-IoT, 최고 27kbps)보다 10배 이상 빠르다. LTE CAT.M1의 통신 방식으로는 저용량 동영상, 고화질 사진과 음성 전송, 인증 및 결제 서비스 등이 가능하다. 본 발명의 경우에는 실시간으로 획득된 기상 정보를 원격 서버(200)에 전송하기 위하여 LTE CAT.M1를 채택한다.
원격 서버(200)에는 네트워크(예컨대, 인터넷)를 통해서 다수의 사용자 단말(300-1 내지 300-N)이 연결될 수 있다. 다수의 사용자 단말(300-1 내지 300-N)은 태양광 패널(SP) 시스템(10)의 관리자의 단말이거나, 개별 태양광 패널(SP)이 설치된 지역의 기상 정보 및 태양광 발전량 정보를 획득하고 싶은 사용자의 단말일 수 있다. 그 밖에도 사용자 단말은 태양광 발전량을 예측하여 발전 계획을 수립하는 발전 회사 또는 전력 거래 회사에 설치된 사용자 단말일 수 있다. 이처럼 사용자 단말은 다양한 이해 관계를 갖고 있는 사용자가 태양관 패널(SP) 시스템(10)에 접속하기 위한 단말을 의미한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치와 원격 서버 및 외부 단말 사이의 데이터 흐름을 예시적으로 설명하는 타이밍도이다. 도 9를 참고하면, 기상 정보 획득 장치(100)는 일정한 주기 또는 사용자의 요청이 있을 시에 외부 설비의 주변 기상 정보를 측정한다(S901). 측정된 기상 정보는 일정한 주기로 원격 서버(200)로 전송된다(S902). 만약 기상 정보 획득 장치(100)는 통신 연결 상태가 좋지 않을 경우에는 특정된 기상 정보를 원격 서버로(200)로 전송하지 않고, 자체 저장 매체에 기상 정보를 저장한다(S903). 기상 정보 획득 장치(100)는 통신 연결 상태가 개선되면 기 저장된 기상 정보 중 전송되지 않은 기상 정보를 원격 서버(200)로 전송한다.
외부 단말(300)은 특정 지역의 기상 정보를 요청할 수 있고, 기상 정보 요청을 원격 서버(200)로 전달한다(S904). 원격 서버(200)는 기상 정보 요청이 접수되면, 요청된 기상 정보를 보유하고 있을 경우에는 해당 기상 정보를 외부 단말(300)로 전달한다(S905). 만약 요청된 기상 정보를 보유하고 있지 않을 경우에는 기상 정보 측정 장치(100)로 기상 정보 요청 신호를 전송한다(S906). 요청된 기상 정보가 측정되서 기상 정보 측정 장치(100)에서 원격 서버(200)로 전달되거나 기상 정보 측정 장치(100)에서 외부 단말(300)로 직접 전달될 수 있다(S907).
기상 정보 측정 장치(100)는 태양광 패널(SP)로부터 주기적 또는 요청이 있을 경우에 태양광 발전 정보를 수신한다(S908). 기상 정보 측정 장치(100)는 수신된 태양광 발전 정보를 이용하여 해당 태양광 패널(SP)의 표면 오염도를 연산할 수 있다(S909). 기상 정보 측정 장치(100)는 일사량 센서(190-2)에 의해서 측정된 일사량과 태양광 발전량의 상관 관계를 분석하여 오염도 상태를 확인할 수 있고, 오염도에 따라 청소 알림 메시지를 생성할 수 있다.
예를 들어, 초기 설치된 경우에 일사량 센서에 의해서 50이라는 수치가 센싱되고, 이때의 온도는 27도일 경우에 태양광 발전량이 300W인 백데이터가 있고, 태양광 발전량을 수신하고, 일사량 센서에 의한 일사량 값(55)과 온도 값(28)을 이용하여 태양광 발전량이 300W보다 커야 함에도 작은 값인 200W를 발전했다면, 해당 패널은 오염도가 높은 상태임을 인지하고, 기상 정보 측정 장치(100)는 원격 서버(200)로 패널의 오염도 정보를 전송한다(S910). 원격 서버(200)는 오염도가 높은 태양광 패널에 대한 관리자에게 해당 패널의 오염 경고 메시지(청소 알림 메세지)를 전송한다(S911).
외부 단말(300)은 원격 서버(200)에 접속하여 특정 시간, 특정 지역, 특정 태양광 패널에 대한 발전량 정보를 요청하거나 기상 정보를 원격 서버(200)를 경유유하거나 경유하지 않고 기상 정보 측정 장치(100)에 요청할 수 있다(S912). 기상 정보 측정 장치(100)는 원격 서버(200)를 경유하거나 경유하지 않고 기상 정보 및 태양광 발전량 정보를 외부 단말(300)로 전달할 수 있다(S913). 이렇게 직접 정보를 요청하기 위해서는 외부 단말(300)에는 원격 서버(200)에 접속하여 정보를 요청할 수 있는 애플리케이션이 미리 설치되어 있다. 외부 단말(300)은 미리 설치된 애플리케이션에 의해서 특정 지역, 특정 시간, 특정 정보를 요청하고 실시간으로 이를 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치를 이용하여 태양광 발전량 및 기상 정보를 수집하는 시스템을 예시적으로 설명하는 도면이다. 도 10을 참고하면, 복수의 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치(100-1 내지 100-5)는 태양광 패널(SP)이 설치된 복수의 지역에 설치됨으로써, 각각의 태양광 패널(SP-1 내지 SP-5)에서의 개별적인 기상 정보 및 태양광 발전량 정보를 수집할 수 있다. 이렇게 수집된 기상 정보 및 태양광 발전 정보는 원격 서버(200)로 전송된다.
도 11은 도 10에 도시된 기본 단위별로 수집된 태양광 발전량 및 기상 정보를 시각적으로 표현하기 위한 방법을 예시적으로 설명하는 도면이다. 도 10을 참고하면, 원격 서버(200)는 각 태양광 패널별로 기상 정보 및 태양광 발전량 정보를 수집하여 관리할 수 있으므로, 개별 태양광 패널 또는 복수의 태양광 패널로 이루어진 그룹별로 발전량을 예측할 수 있다. 이렇게 예측된 태양광 발전량을 기본 단위 별로 시각화하여 지도에 표기할 수 있다. 이때 지도에 태양광 발전량을 시각화하는 방식에 대해서는 이하에서 별도의 도면을 참고하여 설명한다.
도 12는 도 11에서 설명된 소규모의 시각화를 대규모의 시각화로 확장하여 태양광 발전량 및 기상 정보를 시각적으로 표현하는 일 예를 도시한 도면이다. 도 12를 참고하면, 단위 셀(cell)별로 발전량을 시각적으로 구별할 수 있는 방식으로 표기하고, 이를 지도 상에 중첩되도록 시각화함으로써, 지역 단위별로 태양광 발전량이 얼마나 이루어지고 있는지 시각적으로 확인할 수 있다.
상술한 본 발명의 바람직한 실시 예는 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양하게 설계변경될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 장치의 크기, 형태, 모양, 치수 등은 기술적 사상의 범위에서 다양하게 변형될 수 있으며, 이러한 범위까지도 본 발명의 권리범위가 미친다고 볼 수 있다.
10 : 태양광 패널 시스템
100 : 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치
110 : 하우징부
120 : 태양광 패널부
130 : 배터리부
140 : 촬상부
150 : 인터페이스부
160 : 통신부
170 : 제어부
180 : 체결부
190 : 센서부

Claims (7)

  1. 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치에 있어서,
    일 영역에 설치 홈을 구비하고, 상기 설치 홈에 체결되는 체결부를 통해서 태양광 발전 설비의 하부 프레임, 상부 프레임 또는 별도의 확장 프레임 중 어느 일 영역에 고정설치되는 하우징부;
    일측이 상기 태양광 발전 설비의 일 영역에 고정되는 고정 부재와 타측이 상기 하우징부에 구비된 상기 설치 홈과 체결되는 체결 부재로 구성되는 상기 체결부;
    상기 하우징부의 내부에 위치하되 외부로 노출되는 면을 가지는 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양광 패널부;
    상기 하우징부의 내부에 위치하고, 상기 태양광 패널부에 의해서 변환된 전기 에너지를 저장하는 배터리부;
    상기 하우징부의 내부에 위치하되 외부로 노출되는 면을 가지는 스카이 이미지를 촬상하는 촬상부;
    상기 하우징부의 내부에 위치하되 외부로 노출되는 홈을 통해서 상기 태양광 발전 설비 및 다른 종류의 센서들과 입출력 인터페이스하는 인터페이스부;
    상기 하우징부의 내부에 위치하는 원격의 서버와 통신하는 통신부; 및
    상기 하우징부의 내부에 위치하는 전반적인 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 인터페이스부는, 상기 태양광 발전 설비의 주변의 일사량, 온도, 습도, 풍향, 풍속 및 기타 기상 정보를 측정하는 다양한 기상 센서들을 추가로 확장할 수 있는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 촬상부는, 상기 태양광 발전 설비가 설치된 지역의 하늘에 대한 실시간 스카이 이미지를 촬상하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 인터페이스부에 연결되고, 상기 태양광 발전 설비에 구비된 태양광 패널과 접촉하도록 설치되는 접촉 온도 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 태양광 발전 설비로부터 실시간 태양광 발전량을 수신하고, 상기 수신된 태양광 발전량과 측정된 일사량 정보를 이용하여 상기 태양광 발전 설비를 구성하는 태양광 패널의 오염도를 연산하고, 오염도에 따라 알림 메세지를 생성하여 상기 통신부를 통해서 원격의 사용자 단말에 제공하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 통신부는, 저전력 광역 통신 모듈인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 예측을 위한 기상 정보 획득 장치.
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