KR102397092B1 - 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물에 필요한 열원과 전기를 생산하는 태양광열복합의 발전량을 예측하고 건물 내의 전기 및 열부하 수요 패턴을 분석하여 효과적으로 건물 내의 전기 공급을 관리할 수 있는 건물일체형 태양광 열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 태양광 열복합에 해당하는 태양광전지 모듈 청소시스템을 설치하여 발전량을 향상시키고자 한다.
상기 청소시스템을 장착한 제1태양광 모듈의 발전 전력량이 청소시스템 장치가 없는 제2태양광 모듈의 발전 전력량에 비해 기준치 이상 차이가 있으면 태양광모듈 발전소 전체에 시설된 태양광모듈을 청소하도록 하는 모니터링 시스템을 제공한다.

Description

건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법{SMART GRID MONITORING METHOD FOR HEATPUMP HEATING AND COOLING SYSTEM USING BUILDING INTEGRATED PHOTOVOLTAIC-THERMAL}

본 발명은 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물에 필요한 열원과 전기를 생산하는 태양광열복합의 발전량을 예측하고 건물 내의 전기 및 열부하 수요 패턴을 분석하여 효과적으로 건물 내의 전기 공급을 관리할 수 있는 건물일체형 태양광 열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 태양광 열복합에 해당하는 태양광전지 모듈 청소시스템을 설치하여 발전량을 향상시키고자 한다.

상기 청소시스템을 장착한 제1태양광 모듈의 발전 전력량이 청소시스템 장치가 없는 제2태양광 모듈의 발전 전력량에 비해 기준치 이상 차이가 있으면 태양광모듈 발전소 전체에 시설된 태양광모듈을 청소하도록 하는 모니터링 시스템을 제공한다.

최근 들어서 태양에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전설비의 사용이 점차 보편화되고 있다.

이러한 태양에너지를 이용하는 태양전지는 석탄이나 석유와 같은 화석 연료를 사용하지 않고, 무공해이며 무한의 에너지원인 태양광 내지 태양열을 이용하므로 미래의 새로운 대체 에너지원으로서 각광을 받고 있다.

이러한 태양전지는 현재에는 태양광 발전소나 건축물, 자동차 등의 발전 전력을 얻는데 이용되고 있다.

일반적으로, 태양광발전은 태양전지(PV: Photovoltaic)를 이용하여 직접 전기를 생산하는 기술이다. 상기 태양 전지는 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 각각이 플러스(+)와 마이 너스(-) 극성을 띠는 2장의 반도체 박막으로 구성된다. 또한, 다수의 태양전지 셀(cell)들은 직/병렬로 연결되어 사용자가 필요로 하는 전압 및 전류를 발생시키고, 사용자는 이러한 태양전지에서 발생된 전력을 사용할 수있게 되는 것이다.

태양광 발전은 다양한 응용분야가 있지만 그 중에서도 태양전지(PV)를 건축물의 외피 마감재로 사용하는 건물일 체화(BIPV: Building Integrated Photovoltaic) 기술에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이다.

최근, 건물일체화 태양전지(BIPV: Building Integrated Photovoltaic)의 온도상승에 다른 효율감소를 최소화하기 위해 열과 전기를 동시에 생산하는 태양광열복합(Photovoltaic-Thermal)기술이 적용된 등록특허 제10-1687700호 등이 개발되고 있다.

상기 태양광열복합의 태양광모듈(20)은 복수 개의 셀(21)을 구비하여 빛을 수광가능한 구조를 이루도록 구성하고, 상기 셀(21)을 통해 수광된 빛에너지를 광전 변환한 후 전하를 생성시키는 반도체소자(도면에 미도시)를 구비토록 구성한다.

상기 등록특허 제10-1687700호(등록일자: 2016년 12월 13일)은, 건물의 외벽면에 매립하여 일체로 장착가능하게 구비되고 내부에 유체가 이동가능한 에어갭공간을 형성하는 외곽프레임과, 상기 외곽프레임의 상부에 설치되고 태양 빛을 수광하여 전기에너지를 생성시키면서 상기 에어갭공간에 열을 전달하여 집열시키는 태양광모듈과, 상기 외곽프레임의 하부에 설치되어 상기 태양광모듈로부터 간격을 두고 위치하고, 상기 에어갭공간을 향해 돌출 형성되어 유체와 접촉하되 유체의 굴곡진 이동경로를 안내가능한 복수 개의 베플부재를 구비하는 하부베플시트를 포함하고, 상기 베플부재는 상기 에어갭공간 내 유입된 유체가 파형의 이동경로를 따라 유동될 수 있게 유체의 유동방향으로 서로 간격을 두고 지그재그 형태로 배열배치됨을 포함하며, 상기 베플부재는 유체의 이동방향에 대응하여 접촉가능하게 상기 에어갭공간을 향해 상향 굴곡지며 상기 하부베플시트로부터 예각으로 경사진 경사유도면을 형성하고, 상기 베플부재의 경사유도면은 유체의 유입방향에 대응되게 형성되고 상기 하부베플시트를 기준으로 30~40°의 경사각을 이루는 제1경사면과, 상기 제1경사면의 반대편에 형성되되 상기 하부베플시트를 기준으로 55~65°의 경사각을 이루는 제2경사면과, 상기 제1경사면과 상기 제2경사면의 사이에 완만한 곡면을 형성하여 유체를 유도하는 만곡면을 포함하는 모듈러 방식의 공기식 건물 일체형 태양광열 시스템이다.

상기 등록특허와 같이 건물일체화 태양광열복합(BIPVT: Building Integrated Photovoltaic-Thermal)을 이용한 기술은 제작공정이 단순하고 기존의 태양열집열기와 달리 공기를 열매체로 사용하기 때문에 과열, 누수, 동파 등의 문제가 발생하지 않아 용이하게 사용할 수 있다.

또한, 히트펌프 냉난방 시스템은 여름철에 실내의 온도를 외부온도 보다 낮게 유지하고, 겨울철에는 실내의 온도를 외부온도보다 높게 유지하여 활동하기에 쾌적한 상태로 실내온도를 조정한다. 즉, 이러한 히트펌프는 프레온 냉매를 이용해 온도가 낮은 곳의 열을 높은 곳으로 끌어올리는 기술이자 냉난방 시스템이며, 사용하는 열원에 따라 전기히트펌프(EHP:Electric Heat Pump)와 가스히트펌프(GHP:Gas engine Heat Pump)로 구분된다.

이러한 히트펌프 냉난방 시스템을 상기 건물일체화 태양광열복합(BIPVT: Building Integrated PhotovoltaicThermal)기술과 연동하여 사용함으로써 히트펌프의 난방 COP 및 전체 에너지 효율을 높일 수 있다.

스마트 그리드는 기존 전력망에 정보통신기술(ICT)을 접목시켜 전력 생산과 소비정보를 실시간으로 양방향 통신할 수 있음으로 인해 에너지 효율을 높이는 차세대 전력망이다. 또한, 스마트 그리드는 전기와 정보통신기술을 활용해 전력망을 지능화 및 고도화해 고품질 전력서비스를 제공하고 에너지 이용효율을 극대화하는 것이다.

이에, 상기 건물일체화 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 모니터링하여 관리할 수 있는 스마트 그리드에 대한 기술이 요구되고 있다.

그리고 종래의 공개번호 10-2020-0038210호는 태양광 패널의 세척장치이고,

공개번호 10-2013-0131064호는 자가청소기능을 가진 태양전지모듈이다.

본 발명의 태양광 모듈의 청소시기를 분석하는 구성을 포함한 모니터링 시스템이므로 상기 공개기술과 비교대상이 되지 않는다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 건물에 필요한 열원과 전기를 생산하는 태양광열복합의 발전량을 날짜별, 시간대별로 온도와 날씨 등에 따라 예측하고 건물 내의 전기 및 열부하 수요 패턴을 분석할 수 있는 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법을 제공하는 목적이 있다.

또한, 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방시스템을 모니터링하여 건물 내의 자체 소비를 최대화하고 부하를 억제할 수 있는 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법을 제공하는 목적이 있다.

특히, 본 발명은 태양광열복합에 해당하는 태양광전지 모듈 청소시스템을 설치하여 청소시기를 모니터링한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법은, (도 7,8,9,10 참조)

상기 제1태양광 모듈(100a)의 일측에 구동모터(500)를

설치하고 상기 구동모터(500)의 구동부(510)에 브러쉬(520)를 설치하며, 상기 제1태양광 모듈(100a) 일측에 일시적으로 빗물을 받아 두는 수조(530)와, 상기 수조(530) 내부에 부력에 의해 승하강하는 부표(540)가 있는 부력수위센서(540a)와,

상기 부력수위센서(540a)의 온/오프신호에 따라 제어부(10)를 통해 구동모터(500)가 구동하면 상기 구동부(510)에 연결된 브러쉬(520)가 제1태양광 모듈(100a)에 밀착되어 움직이도록 하고 제1,2태양광 모듈(100a,b)에서 각각 전력이 출력되는 출력회로(20a)와,

상기 출력회로(20a)의 전력값을 감지하는 감지부(30a)와, 상기 제 1태양광 모듈(100a)의 표면에 상기 제 1태양광 모듈(100a)의 표면의 습도를 감지하는 습도센서(40a)를 (상기 제 1태양광 모듈(100a)에 상기 습도센서를 부착하면 브러쉬에 간섭을 받을 수 있다)

밀착한 상태에서 상기 수조(530)에 물 유입으로 수위와 함께 부표(540)가 상승하여 상기 부력수위센서(540a)를 온'하면 태양광 모듈에서 생산된 전력이

제어부(10a)를 통해 상기 구동모터(500)를 구동시켜 상기 구동모터(500)의

브러쉬(520)를 통해 상기 제1태양광 모듈(100a)을 청소한 후

상기 습도센서(40a)를 통해 상기 제1태양광 모듈(100a)의 표면을 감지한 습도가 설정한 습도 이하이면 상기 제1,2태양광 모듈(100a,b)에서 각각 출력되는 출력회로(201)의 전력값을 상기 감지부(30a)를 통해 감지하여

미리 설정한 설정값 이상이면 상기 제1,2태양광 모듈(100a,b)에 생산되는 전력값을 제어부(10a)를 통해 서로 비교할 수 있는 전력값이라 판단하고

(상기와 같이 설정값 이상이면 날씨가 맑은 낮시간 때에 해당한다. 그러나

밤시간이나 눈비가 내리는 날씨에는 설정값이하에 해당하도록 설정하였다. 이때는 제1,2태양광 모듈에서 생산하는 전력이 너무 낮아 비교할 수 없기 때문이다)

상기 습도센서를 이용한 이유는, 낮시간 때 이슬비가 내리는 경우 제1,2태양광 모듈에서 생산된 전력량 비교에 있어 정확성이 떨어질 수 있다는 판단에서 상기 습도센서를 이용한 것이다.

상기 제1,2태양광 모듈(100a,b)에서 각각 출력되는 전력을 상기 감지부(30a)를 통해 각각 감지하여 상기 청소한 제1태양광 모듈(100a)의 발전 전력량과

청소하지 않은 제2태양광 모듈(100b)의 발전 전력량을 제어부(100a,b)를 통해 서로 비교하여 기준치 이상 차이가 있으면 태양광모듈 전체 평면을 청소하도록 하는 모니터링부를 포함한 것을 특징이다.

상기 제어부(마이크로 프로세서)는 제1,2태양광 모듈(100a,b)에서 생산된 전력값을 연산처리하여 전력생산량의 차이점을 모니터링한다.

그리고 상기 제어부를 pc모니터에 감지부를 통해 감지한 감지값을 출력하면 이용자가 모니터에 출력된 제 1,2태양광 모듈(100a 100b)에서 생산한 전력량을 확인한 후 기준치 이상 차이점이 발생되면 태양광 판넬 전체를 청소하면 된다.

상기 습도센서에 기술은 대한민국 특허청 공개번호 10-1994-0014022호,20-1999-0030697호에 상세하게 공개되어 있다.

상기 구동모터는 제1,2태양광 모듈로부터 충전되는 배터리에 있고 배터리는 구동모터를 작동시킬 수 있다.

통신부는 유/무선으로 통신수단을 이용하여 관리자의 pc로 전송할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 건물에 필요한 열원과 전기를 생산하는 태양광열복합의 발전량을 날짜별, 시간대별로 온도와 날씨 등에 따라 예측하고 건물 내의 전기 및 열부하 수요 패턴을 분석할 수 있어 건물 내의 전기 공급을 효과적으로 관리할 수 있어 관리의 편의성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

특히 본 발명의 청구범위의 요부에 해당하는 태양광모듈 근접위치에 제 1태양광 모듈의 상측 평면을 주기적으로 청소되는 제1태양광 모듈(100a)의 발전 전력량이 상기 태양광모듈 근접위치에 설치되고,

제 2태양광 모듈의 상측 평면을 청소하지 않을 제 2태양광 모듈의 발전 전력량에 비해 기준치 이상 차이가 있으면 태양광모듈 전체 평면을 청소하도록 모니터링 하는 모니터링 단계;로 이루어져 있어서, 태양광모듈 청소시기를 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트그리드 모니터링방법의 발전량예측에 대한 순서도,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법의 전기 및 열부하 수요 패턴 분석에 대한 순서도,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법의 발전량예측 화면,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 의한 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법의 수요량예측 화면.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광모듈의 개략도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광모듈의 모니터링시스템의
구성도,
도 7은 본 발명의 또 다른 일실시예로서 태양광모듈의 청소시기를 알려주는 장치가 부설된 사시도,
도 8,9은 본 발명의 태양광모듈의 청소시기를 알려주는 장치의 사시도,
도 10은 본 발명의 태양광모듈의 청소시기를 알려주는 장치의 실시예의 블록도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법의 발전량예측에 대한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 건물일체형 태양광 열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법의 전기 및 열부하 수요 패턴 분석에 대한 순서도이며, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법의 발전량예측 화면이고, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 의한 건물일 체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법의 수요량예측 화면이 다.

상기 도면의 구성 요소들에 인용부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단 되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, '상부', '하부', '앞', '뒤', '선단', '전방', '후단' 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시 예의 구성요소는 다양한 배향으로 위치설정될 수 있기 때문에 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 일실시 예에 의한 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법은, 상기 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자가 발전량을 예측하길 원하는 발전 량예측일을 선정한다.

상기 발전량예측일에는 시간대별 날씨와 온도를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 발전량예측일을 요일별로 분류할 수도 있다,

상기 발전량예측일 이전에 기존 발전량 데이터 중에서 상기 발전량예측일의 일주일 이전에 저장된 기존 발전량 데이터를 수집한다.

이때, 상기 기존 발전량 데이터는 날짜와 시간대별 날씨, 온도, 수요량이 저장되어 있어야 한다.

또한, 상기 발전량예측일 이전에 기존 발전량 데이터 중에서 상기 발전량예측일의 일주일 이전의 기존 발전량 데이터가 없을 경우에는 1년 이전의 발전량 예측일로부터 일주일 이전의 기존 발전량 데이터를 수집하는 것이 바람직하다.

상기 수집된 기존 발전량 데이터 중에서 각각 상기 발전량예측일에 포함된 날씨와 유사한 날씨 영역에 속하는 기존 발전량 데이터를 필터링한다.

상기 날씨는 비, 눈, 구름, 해, 바람, 맑음, 흐림에 대한 정보가 저장되어 있으며, 유사한 날씨는 비와 눈 등으로 서로 유사한 날씨를 하나의 그룹으로 미리 정하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 수집된 기존 발전량 데이터 중에서 상기 발전량 예측일에 포함된 온도의 일정범위 내에 속하는 기존 발전량 데이터를 더 필터링할 수 있다.

상기 필터링된 기존 발전량 데이터 중에서 최대 발전량 데이터와 평균 발전량 데이터를 추출하여 각 최대 발전량 데이터와 평균 발전량 데이터의 오차율을 도출한다. 그 후 상기 도출된 오차율 10% 이상의 발전량 데이터를 제외한다.

상기 평균 발전량 데이터를 기반으로 시간대별 날씨를 비교하여 상기 발전량예측일에 포함된 날씨와 근사한 날씨의 기존 발전량 데이터를 추출한다. 즉, 상기 발전량예측일에 포함된 날씨와 동일한 날씨의 기존 발전량 데이 터를 추출함으로써 상기 기존 발전량 데이터의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.

상기 평균 발전량 데이터를 기반으로 상기 추출된 기존 발전량 데이터를 정규화한다.

상기 추출된 기존 발전량 데이터를 정규화함으로 인해 상기 기존 발전량 데이터를 일정한 규칙에 따라 변형하여 이용하기 쉽게 만들 수 있게 된다.

상기 정규화된 기존 발전량 데이터를 이용하여 시간대별 발전량을 예측한다. 상기 발전량예측일에 대한 발전량을 예측할 수 있게 된다.

사용자가 수요량을 예측하길 원하는 시간대별 날씨와 온도를 포함한 수요량예측일을 선정한다.

상기 수요량예측일을 평일과 주말로 분류한다. 다시 말해, 상기 수요량예측일을 요일로 1차 분류한 다음에 평일과 주말로 분류하게 된다.

이때, 상기 수요량예측일이 공유일일 경우에는 주말로 분류하는 것이 바람직하다.

상기 수요량예측일이 평일일 경우에 상기 수요량예측일 이전에 미리 저장된 날짜와 시간대별 날씨와 온도를 포함한 기존 수요량 데이터 중에서 상기 수요량예측일의 일주일 이전에 저장된 기존 수요량 데이터를 수집한다.

여기서, 상기 수요량예측일 이전에 기존 수요량 데이터가 없을 경우에는 1년 이전의 상기 수요량예측일로부터 일주일 이전인 기존 수요량 데이터를 수집한다.

또한, 상기 수요량예측일이 평일일 때는 상기 수요량예측일의 일주일 이전의 평일인 기존 수요량 데이터를 수집 하는 것이 바람직하다.

상기 수요량예측일이 주말일 경우에 상기 수요량예측일 이전에 미리 저장된 날짜와 시간대별 날씨와 온도를 포함한 기존 수요량 데이터 중에서 상기 수요량예측일의 삼주일 이전에 저장된 기존 수요량 데이터를 수집한다.

여기서, 상기 수요량예측일 이전에 기존 수요량 데이터가 없을 경우에는 1년 이전의 상기 수요량예측일로부터 삼주일 이전부터 일주일 이전의 기존 수요량 데이터를 수집하여야 한다.

이때, 상기 수요량예측일이 주말일 때는 상기 수요량예측일의 삼주 이전부터 상기 수요량예측일 이전의 주말인 기존 수요량 데이터를 수집하는 것이 바람직하다.

상기 수집된 기존 수요량 데이터 중에서 각각 상기 수요량예측일에 포함된 날씨와 유사한 날씨 영역에 속하는 기존 수요량 데이터를 필터링한다.

상기 필터링된 기존 수요량 데이터 중에서 최대 수요량 데이터와 평균 수요량 데이터를 추출한 후 오차율 10% 이상의 수요량 데이터를 제외한다.

상기 오차율은 상기 최대 수요량 데이터와 평균 수요량 데이터를 이용하여 도출할 수 있다.

상기 평균 수요량 데이터를 기반으로 시간대별 날씨를 비교하여 상기 수요량예측일에 포함된 날씨와 근사한 날씨의 기존 수요량 데이터를 추출한다.

다시 말해 상기 평균 수요량 데이터를 기반으로 시간대별 날씨를 비교하여 상기 수요량예측일에 포함된 날씨와 동일한 날씨의 기존 수요량 데이터를 추출하는 것이다.

상기 평균 수요량 데이터를 기반으로 상기 추출된 기존 수요량 데이터를 일정한 규칙에 따라 변형하여 이용할수 있도록 정규화한다.

상기 정규화된 기존 수요량 데이터를 이용하여 시간대별 수요량을 예측한다.

상기 예측된 발전량과 수요량을 모니터링할 수 있게 된다. 이때, 상기 예측된 발전량과 수요량은 상기 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 시간대별로 표 또는 그래프로 변환되어 디스플레이될 수 있으며, 기상청으로부터 날씨정보를 제공받아 발전량과 수요량을 예측하여 제공할 수도 있다.

상기와 같은 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법을 통해 건물에 필요한 열원과 전기를 생산하는 태양광열복합의 발전량을 날짜별, 시간대별로 온도와 날씨 등에 따라 예측하고 건물 내의 전기 및 열부하 수요 패턴을 분석할 수 있어 건물 내의 전기 공급을 효과적으로 관리할 수 있어 관리의 편의성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방시스템을 모니터링하여 건물 내의 자체 소비를 최대화하고 부하를 억제할 수 있어 전력계통에 유연성을 제공할 수 있어 제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

다음은 청구항에 해당하는 구성을 살펴본다.(도 5,6,7,8,9 참조)

태양광모듈(100), 접속반(200)으로부터 인버터(300)로 인입되는 케이블(301)별로 각각 설치되는 전류 센서부(310); 상기 전류 센서부(310)에서 측정한 전류 데이터를 수집하여 전송하는 통신부(320); 및

상기 전류 데이터를 인버터(300)별로 인입되는 접속반(200)에 따라 데이터를 분류하고, 인버터별 접속반(200) 전류 데이터를 상호 비교하여 태양광모듈(100), 접속반(200) 및 인버터(300) 중 적어도 어느 하나의 이상 여부를 판단하는 모니터링(400) 단계;(모니터링부에 해당)

태양광모듈(100)은 직류전류를 출력하여 접속반(200)에 제공하되 상기 태양광모듈(100) 근접위치에 제1태양광 모듈(100a)의 상측 평면을 주기적으로 청소되는 제1태양광 모듈(100a)의 발전 전력량이 상기 태양광모듈(100) 근접위치에 설치되고,

제2태양광 모듈(100b)의 상측 평면을 청소하지 않을 제2태양광 모듈(100b)의 발전 전력량에 비해 기준치 이상 차이가 있으면 태양광모듈(100) 전체 평면을 청소하도록 하는 모니터링부를 포함한다.

상기 제1태양광 모듈(100a)의 일측에 구동모터(500)를

설치하고 상기 구동모터(500)의 구동부(510)에 브러쉬(520)를 설치하며, 상기 제1태양광 모듈(100a) 일측에 일시적으로 빗물을 받아 두는 수조(530)와, 상기 수조(530) 내부에 부력에 의해 승하강하는 부표(540)가 있는 부력수위센서(540a)와, 상기 부력수위센서(540)의 온/오프신호에 따라 제어부를 통해 구동모터(500)가 구동하면 상기 구동부(510)에 연결된 브러쉬가 움직여 상기 제1태양광 모듈(100a) 평면을 청소하는 구성이다.

본 발명은 도시한 바와 같이,복수개의 태양전지 모듈(100)이 어레이로 구성된 태양광모듈(100)에 해당하는 태양전지 모듈(100) 일측에 상기 제1태양광 모듈(100a)에 장착한 브러쉬(520)와 같이 브러쉬를 장착하여 청소할 수 있다.

상기 구성에 대한 실시예, 수조(530)에 물이 유입되면 수위와 함께 부표(540)가 상승하여 부력수위센서(540a)의 스위치가 온되어 태양광 모듈에서 생산된 전력에 제어부(미도시)를 통해 구동모터(500)에 전력을 공급한다.

그러면 구동모터(500)가 브러쉬(520)를 동작하여 태양정지 모듈을 청소한다.

상기 부표(540)는 수위가 상승할 경우에만 상승하여 스위치(540b)를 온하고 수위가 없을 경우 부표가 하강하여 스위치(540b)는 오프된다.

그러므로 수위가 지속되는 경우 구동모터(500)가 지속적으로 작동함으로 이를 정지시키기 위해 제어부에 타이머(미도시)를 구성하여 일정시간 구동모터(500)에 전원을 공급하고 그 후 전원을 차단하도록 한다.

실시예에 있어서, 데이터 측정용 제1태양광 모듈(100a) 청소는 비오는 날에만 청소 하더라도 비교대상인 제1태양광 모듈(100a)과, 비교대상인 제2태양광 모듈(100b)과 비교가 가능하다.

즉, 매일 비교하는 것이 아니라 간혹 분기별로 비교하기 때문이다.

다음은 청소시기를 설명하고자 한다.

본 발명의 비가오는날 청소하기 때문에 수조(530)에 인이적으로 물을 채워 둘 필요가 없다.

*그래서 본 발명은 비가 내리면 작은 수조(530)에 물이 채워지고 그로인해 수위가 부표(540)와 함께 상승하여 스위치(540b)를 온한다.

그로인해 태양전지 모듈에서 생산된 전원이 인가되어 구동모터(500)가 동작하면 구동부(510)와 연결시킨 브러쉬(520)가 좌우나 상하로 움직여 제 1태양전지

모듈(100a)의 평면을 청소한다.

이와 같이 청소한 제1태양광 모듈(100a)과 청소하지 않은 제2태양광 모듈(100b)은 전력생산에 있어 차이점이 발생된다.

즉, 제1태양광 모듈(100a)의 발전 전력량이 청소시스템 장치가 없는 제2태양광 모듈(100b)의 발전 전력량에 비해 기준치 이상 차이가 있으면 태양광모듈 발전소 전체에 시설된 태양광모듈를 청소하도록 모니터링하여 관리자측에 전송한다.

상기 수조(530)는 상측으로부터 내부로 물이 유입되도록 하되 상기 수조(530) 상측에 이물질 유입을 차단하는 거름망(550)과;

상기 수조(530) 내부에 수위에 의해 상승하는 부표(540)와;

상기 부표(540)와 연결되어 상기 부표(540)가 상승하면 동작하여 전온이 온/오프하는 스위치(540b)와, 상기 스위치(540b)의 온/오프 신호에 따라 제어부를 통해 구동모터(500)가 동작하는 구성이다.

상기 구동모터(500)는 태양전지 모듈(100a)에서 전원을 공급받는다.

상기 수조(530) 하단에 배수구(560)를 형성하되 수조(530)상측으로 유입되는 물(빗물 포함) 유입량보다 상기 배수구(560)로 배출되는 배출량이 적을 경우에 수조(530)에 수위가 상승하도록 하여 그 상승된 수위에 의해 부표(540)가 상승되는 구조이다.

상기처럼 하는 이유는, 물이 지속적으로 수조에 유입되지 않을 경우 수조(530)를 비워두기 위함이다. 비워두지 않을 경우 동파가 발생할 수 있고 수조로 유입된 이물질이 쌓일수 있고, 유입된 이물질이 있더라도 물이 배수되는 과정에 이물질과 같이 함께 배출되도록 하기 위함이다.

즉, 수조(530) 상측의 물 유입구는 크고, 상기 수조(530)하단의 배수구(560)는 상기 물유입구보다 작다.

상기 부력수위센서(540a)를 부표에 의해 동작하도록 하는 이유는 겨울철 부표 등 동작 부분이 얼게 되는데 이때 구동모터가 동작하지 않도록 하기 위함이다.

예를들어 습도센서를 적용할 경우 눈이 내리는 날 구동모터(500) 구동부(510) 등이 얼어 있어도 습도가 감지되면 구동모터가 동작할 수 있다.

특히 폭설이 내리면 브러쉬는 그 눈을 쓸어내릴 수 없어 구동모터가 작동하게 되면 그 구동모터가 과열된다.

그러면 구동모터(500)에 인가된 전원에 의해 구동모터가 가열되어 화제로 이어질 수 있고, 이슬에 의한 수분에도 작동할 수 있기 때문이다.

물론 제어부에 복잡한 기능을 추가하면 문제점을 해결할 수 있으나 비용면에서 비현실적이다.

상기 브러쉬는 도시와 같이 구동부(510)에 일측이 연결되어 구동모터가 회전을 하면 브러쉬 타측이 회전하면서 제1태양광 모듈을 청소할 수 있고 구동부가 정회전 역회전을 반복하면 좌우운동을 반복하면서 청소할 수 있다.

상기 부력수위센서(540a)는 시중에서 구입할 수 있는 스위치 수위센서로서 부표가 상승하면 스위치가 온 되도록 구성된 제품이다.

즉 스위치와 한 몸체이다.

구글, 다음, 네이버등에서 '스위치수위센서'를 검색하면 쉽게 확인할 수 있고 그 기능도 확인할 수 있다.

상기 태양광모듈(100) 하단에 빗물받이(태양광모듈가 될 수 있음)를 형성하고 상기 빗물받이(600)로부터 흘러내리는 물을 모아 일측으로 배출되도록하는 수로(610)와; 상기 수로(610)일측에 상기 수로(610)로 흘러내리는 빗물에 간섭을 받으면 움직이거나 하강하는 동작부(620)와;

상기 작동부(620)에 레버(621) 일측이 연결되고 상기 레버(621) 타측은 중량물(622)이 형성되며 상기 레버 중심부은 힌지(623)로 연결된 레버장치(624)와;

상기 레버장치 상측내지는 하측에 상기 레버장치(624)에 간섭을 받아

전원이 온/오프되는 스위치(630)와;

상기 상기 스위치(630)가 온/오프되면 태양전지 모듈에서 생산된 전력을 인가 받거나 차단받아 동작하는 구동모터(500)로 구성된다.

상기 구성의 실시예, 수로(610)로 흘러내리는 물의 수압에 의해 동작부(620)가 일정거리 하강한다. 그로인해 도시와 같이 레버장치(624)가 힌지(623)를 중심축으로 하여 회전하면 상기 레버장치(624)의 중량물(622)이 상승하여 상기 중량물 상측에 있는 스위치(630)를 온한다. 그러면 태양광모듈(100)의 전력이 구동모터에 인가 된다.

그러나 빗물이 없을 경우 동작부가 원위치 된다. 이때는 스위치가 오프된다.

이러한 과정에 구동모터에 전원이 인가되면서 앞에서 설명한 바와 같이 제1태양광 모듈 평면을 브러쉬가 청소한다.

상기 태양광모듈(100)가 경사지게 설치되므로 상기 태양광모듈(100)가 물받이가 될 수 있다.

더욱 명확하게는, 상기 제1태양광 모듈(100a)의 일측에 구동모터(500)를

설치하고 상기 구동모터(500)의 구동부(510)에 브러쉬(520)를 설치하며, 상기 제1태양광 모듈(100a) 일측에 일시적으로 빗물을 받아 두는 수조(530)와, 상기 수조(530) 내부에 부력에 의해 승하강하는 부표(540)가 있는 부력수위센서(540a)와, 상기 부력수위센서(540a)의 온/오프신호에 따라 제어부를 통해 구동모터(500)가 구동하면 상기 구동부(510)에 연결된

브러쉬(520)가 움직이도록 한 상태에서 상기 수조(530)에 물 유입으로 수위와 함께 부표(540)가 상승하여 상기 부력수위센서(540a)를 온'하면 태양광 모듈에서 생산된 전력이 제어부를 통해 상기 구동모터(500)에 공급되면 상기 구동모터(500)가 브러쉬(520)를 동작하여 상기 제1태양광 모듈(100a)을 청소한 후

상기 청소한 제1태양광 모듈(100a)의 발전 전력량과

청소하지 않을 제2태양광 모듈(100b)의 발전 전력량과 서로 비교하여 기준치 이상 차이가 있으면 태양광모듈(100) 전체 평면을 청소하도록 하는 모니터링부를 포함한 것을 특징으로 하는 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법.

본 발명의 통신부(320)는 전류 센서부(310)에서 측정한 전류 데이터를 수집하여 전송할 수 있다. 통신부(320)는 인버터(300)를 수용하고 있는 함체 내부에 설치될 수 있으며 함체 내부로 인입되는 접속반(200)과 인버터(300)를 연결하는 케이블(301)에 설치된 전류 센서부(310)에서 계측한 전류 데이터를 수집하여 모니터링부(400)로 전송할 수 있다.

본 발명의 모니터링부(400)은 통신부(320)로부터 전송받은 전류 데이터를 인버터(300)별로 인입되는 접속반(200)에 따라 데이터를 분류하고, 인버터별 접속반 전류 데이터를 상호 비교하여 태양광모듈, 접속반 및 인버터 중 적어도 어느 하나의 이상 여부를 판별할 수 있다.

또한 모니터링부(400)는 인버터(300)별로 인입되는 접속반에 따라 분류한 데이터를 표시하는 디스플레이 장치를 더 포함하여 구성될 수 있다.

모니터링부(400)는 복수개의 인버터를 수용하고 있는 전기실 내부에 설치되거나 또는 전기실 외부의 관리실, 상황실 등에 구현될 수 있다

전류 센서부(310)는 태양광 발전소 접속반으로부터 인버터(300)로 인입되는 케이블(301)별로 각각 설치될 수 있다. 전류 센서부(310)는 예를 들면 인버터(300)에 인입되는 케이블(301) 각각에 설치되는 고리 형태의 변류기 일 수 있다. 전류 센서부(310)는 인버터(300)로 인입되는 케이블(301)별로 전류를 측정하여 전류 데이터를 통신부(320)로 전달할 수 있다. 이와는 달리 홀 소자 또는 퓨즈 소자를 이용하여 인버터(300)에 인입되는 케이블(301) 각각에 설치되어 전류를 측정할 수 있다.

100 : 태양광모듈
200 : 접속반
300 : 인버터
301 : 케이블
310 : 전류 센서부
320 : 통신부
400 : 모니터링부
500 : 구동모터
510 : 구동부
520 : 브러쉬
530 : 수조
540 : 부표

Claims (1)

1. 태양광모듈 근접위치에 제 1태양광 모듈의 상측 평면을 주기적으로 청소되는 제1태양광 모듈의 발전 전력량이 상기 태양광모듈 근접위치에 설치되고,
   
   제 2태양광 모듈의 상측 평면을 청소하지 않을 제 2태양광 모듈의 발전 전력량에 비해 기준치 이상 차이가 있으면 태양광모듈 전체 평면을 청소하도록 모니터링 하는 모니터링 단계;
   
   사용자가 발전량을 예측하길 원하는 시간대별 날씨와 온도를 포함한 발전량예측일을 선정하는 단계와,
   상기 발전량예측일 이전에 미리 저장된 날짜와 시간대별 날씨와 온도를 포함한 기존 발전량 데이터 중에서 상기 발전량예측일의 일주일 이전에 저장된 기존 발전량 데이터를 수집하는 단계와,
   상기 수집된 기존 발전량 데이터 중에서 각각 상기 발전량예측일에 포함된 날씨와 유사한 날씨 영역에 속하는 기존 발전량 데이터를 필터링하는 단계와,
   상기 필터링된 기존 발전량 데이터 중에서 최대 발전량 데이터와 평균 발전량 데이터를 추출한 후 오차율 10% 이상의 발전량 데이터를 제외하는 단계와,
   상기 평균 발전량 데이터를 기반으로 시간대별 날씨를 비교하여 상기 발전량예측일에 포함된 날씨와 근사한 날씨의 기존 발전량 데이터를 추출하는 단계와,
   상기 평균 발전량 데이터를 기반으로 상기 추출된 기존 발전량 데이터를 정규화하는 단계와,
   상기 정규화된 기존 발전량 데이터를 이용하여 시간대별 발전량을 예측하는 단계와,
   사용자가 수요량을 예측하길 원하는 시간대별 날씨와 온도를 포함한 수요량예측일을 선정하는 단계와,
   상기 수요량예측일을 평일과 주말로 분류하는 단계와,
   상기 수요량예측일이 평일일 경우에 상기 수요량예측일 이전에 미리 저장된 날짜와 시간대별 날씨와 온도를 포함한 기존 수요량 데이터 중에서 상기 수요량예측일의 일주일 이전에 저장된 기존 수요량 데이터를 수집하는 단계와,
   상기 수요량예측일이 주말일 경우에 상기 수요량예측일 이전에 미리 저장된 날짜와 시간대별 날씨와 온도를 포함한 기존 수요량 데이터 중에서 상기 수요량예측일의 삼주일 이전에 저장된 기존 수요량 데이터를 수집하는 단계와,
   상기 수집된 기존 수요량 데이터 중에서 각각 상기 수요량예측일에 포함된 날씨와 유사한 날씨 영역에 속하는 기존 수요량 데이터를 필터링하는 단계와,
   상기 필터링된 기존 수요량 데이터 중에서 최대 수요량 데이터와 평균 수요량 데이터를 추출한 후 오차율 10% 이상의 수요량 데이터를 제외하는 단계와,
   상기 평균 수요량 데이터를 기반으로 시간대별 날씨를 비교하여 상기 수요량예측일에 포함된 날씨와 근사한 날씨의 기존 수요량 데이터를 추출하는 단계와,
   상기 평균 수요량 데이터를 기반으로 상기 추출된 기존 수요량 데이터를 정규화하는 단계와,
   상기 정규화된 기존 수요량 데이터를 이용하여 시간대별 수요량을 예측하는 단계를 포함한 것에 있어서
   상기 제1태양광 모듈(100a)의 일측에 구동모터(500)를
   설치하고 상기 구동모터(500)의 구동부(510)에 브러쉬(520)를 설치하며, 상기 제1태양광 모듈(100a) 일측에 일시적으로 빗물을 받아 두는 수조(530)와, 상기 수조(530) 내부에 부력에 의해 승하강하는 부표(540)가 있는 부력수위센서(540a)와,
   상기 부력수위센서(540a)의 온/오프신호에 따라 제어부(10)를 통해 구동모터(500)가 구동하면 상기 구동부(510)에 연결된 브러쉬(520)가 제1태양광
   모듈(100a)에 밀착되어 움직이도록 하고 제1,2태양광 모듈(100a,b)에서 각각 전력이 출력되는 출력회로(20a)와,
   
   상기 출력회로(20a)의 전력값을 감지하는 감지부(30a)와, 상기 제 1태양광 모듈(100a)의 표면에 상기 제 1태양광 모듈(100a)의 표면의 습도를 감지하는 습도센서(40a)를 밀착하고
   
   상기 수조(530) 하단에 배수구(560)를 형성하되 수조(530)상측으로 유입되는 물 유입량보다 상기 배수구(560)로 배출되는 배출량이 적을 경우에 수조(530)에 수위가 상승하도록 하여 그 상승된 수위에 의해 부표(540)가 상승되도록 한 상태에서
   
   상기 수조(530)에 물 유입으로 수위와 함께 부표(540)가 상승하여 상기 부력수위센서(540a)를 온'하면 태양광 모듈에서 생산된 전력이 제어부(10a)를 통해 상기 구동모터(500)를 구동시켜 상기 구동모터(500)의 브러쉬(520)를 통해 상기 제1태양광 모듈(100a)을 청소한 후
   
   상기 습도센서(40a)를 통해 상기 제1태양광 모듈(100a)의 표면을 감지한 습도가 설정한 습도 이상이면
   
   상기 제1,2태양광 모듈(100a,b)에서 생산되는 저녁 생산이 너무 낮아 상기 제1,2태양광 모듈(100a,b)에서 생산되는 전력을 서로 비교할 수 없는 것으로 판단하여 서로 비교를 하지 않고
   
   상기 습도센서(40a)를 통해 상기 제1태양광 모듈(100a)의 표면을 감지한 습도가 설정한 습도 이하이면
   상기 제1,2태양광 모듈(100a,b)에서 각각 출력되는 출력회로(201)의 전력값을 상기 감지부(30a)를 통해 감지하여
   미리 설정한 설정값 이상이면 상기 제1,2태양광 모듈(100a,b)에 생산되는 전력값을 제어부(10a)를 통해 서로 비교할 수 있는 전력값이라 판단하고
   
   상기 제1,2태양광 모듈(100a,b)에서 각각 출력되는 전력을 상기 감지부(30a)를 통해 각각 감지하여 상기 청소한 제1태양광 모듈(100a)의 발전 전력량과
   청소하지 않은 제2태양광 모듈(100b)의 발전 전력량을 제어부(100a,b)를 통해 서로 비교하여 기준치 이상 차이가 있으면 태양광모듈 전체 평면을 청소하도록 하는 모니터링부를 포함한 것을 특징으로 하는 건물일체형 태양광열복합을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 위한 스마트 그리드 모니터링방법.
   

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