KR20210037175A - 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광발전장치의 운영 및 유지관리시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템에 관한 것으로, 클리닝 모듈이 설치된 태양광 패널을 포함하는 상기 태양광 발전장치와, 태양광패널 표면에 강력한 에어를 발생시키는 에어컴프레셔부, 에어분사 및 청소를 위한 클리닝 모듈부, 상기 클리닝모듈부의 이동경로를 제공하기 위한 클리닝모듈 가이드부, 이동에 필요한 동력을 제공하기 위한 기어 및 모터부, 상기 클리닝 모듈의 동작제어 및 중앙관제센터와의 연동을 위하여 메인컨트롤부를 포함하여 구성되는 오토클리닝 장치를 포함하며, 상기 태양광 발전장치와 중앙관제센터는 통신망을 통해 연결되며, 태양광 패널의 상태와 오염정도, 현장 기상상태를 감시하기 위하여 CCTV 및 풍속계가 설치되며, 상기 태양광 발전장치는 태양광 패널의 클리닝 모듈에 LTE라우터를 통하여 인터넷 망에 접속되며, 상기 CCTV, 풍속계, 메인컨트롤부가 상기 중앙관제센터와는 와이파이로 연결되며, 상기 메인컨트롤부와 클리닝 모듈간의 통신은 블루투스 통신으로 연결된 것을 특징으로 하되, 상기 클리닝모듈 부위에 비접촉식 적외선 온도측정기(센서)와 열화상카메라를 부착하여 각 패널의 온도 측정 및 열화상정보를 태양광 패널 후면에 부착된 RFID 태그값과 매칭시켜 중앙관제 센터로 통보하고, 모듈의 온도 편차를 분석하여 이상유무를 판단하고 필요시 관리자가 조치를 취할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 태양광 패널의 오염을 효과적이고 능동적으로 제거하기 위한 장치로서, 다양한 스마트센서를 활용한 아이오티(IoT:Internet Of Things)기반의 인공지능형(AI:Artificial Inteligence) 시스템(장치)이며, 발전효율을 향상시킬 수 있는 새로운 형태의 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템에 관한 것이다.
태양광발전 시스템에서 태양광패널은 표면의 청결도에 따라 발전효율이 영향을 받게 되므로 태양광패널의 표면을 청결하게 유지하여야만 최대의 발전량 및 발전효율을 얻게 된다. 하지만, 먼지, 황사, 조류 분비물, 강우, 강설시 남겨지는 이물질 등이 패널 표면에 쌓이고 경화되는 과정이 지속적으로 반복됨으로써 태양광 패널의 표면 오염이 결국 발전효율을 감소시켜 경제적인 손실을 초래하게 된다.
따라서, 태양광패널의 청결도를 지속적으로 유지하기 위하여 태양광패널에 대한 오염 확인 및 청결작업이 필요한 실정이다.
한편, 시중에 일부 출시되어 있는 브러쉬방식의 경우 태양광패널을 직접 접촉하여 청소하는 방식으로 태양광패널에 스크래치를 발생시킬 수 있어서 중장기 적으로 태양광 패널의 수명을 단축 시키는 요인이 될 수도 있어서 이에 대한 대책이 필요한 실정이다.
[선행기술문헌]
대한민국특허등록번호 제10-1645656호(등록일자 2016년07월29일)(발명의 명칭: 방재 기능을 구비한 태양광 발전 시스템)
본 발명은 상기와 같은 종래의 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 태양광 패널의 오염을 효과적이고 능동적으로 제거하기 위한 장치로서, 다양한 스마트센서를 활용한 아이오티(IoT:Internet Of Things)기반의 인공지능형(AI:Artificial Inteligence) 시스템(장치)이며, 발전효율을 향상시킬 수 있는 새로운 형태의 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 태양광패널의 청소기능이외에 태양광발전 장치를 최적의 상태로 운영하고 고장부위의 신속한 진단을 위하여 클리닝모듈 부위에 비접촉식 적외선 온도측정기(센서)와 열화상카메라를 부착하여 각 패널의 온도 측정 및 열화상정보를 태양광 패널 후면에 부착된 RFID 태그값과 매칭시켜 중앙관제 센터로 통보하고, 중앙관제센터로 통보된 정보는 데이터베이스로 관리되어 모듈의 온도 편차를 분석하여 이상유무를 판단하고 필요시 관리자가 조치를 취할 수 있게 하는 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 태양광패널의 상태, 오염정도, 현장기상상태 확인을 위하여 태양광 발전장치(시스템)내 고성능 CCTV(Zoom In기능) 및 풍속계가 추가로 설치되며, 폭설시 또는 강풍시 태양광 시설물 파손방지를 위하여 태양광패널의 경사도를 조절하도록 하여 피해가 발생하지 않도록 사전 조치가 가능한 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 경사도 조절 기능은 시설물파손에 대한 대비뿐만 아니라 태양광 발전효율을 위하여 일별, 계절별 일사량을 고려하여 사전에 세팅된 기준에 따라 태양광 패널의 상태관리(패널의 이상유무 판단, 패널의 발전량의 변화 판단, 설정기준치와 측정 데이터와의 비교)가 가능한 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광발전장치의 운영 및 유지관리시스템은 클리닝 모듈이 설치된 태양광 패널을 포함하는 상기 태양광 발전장치와,
태양광패널 표면에 강력한 에어를 발생시키는 에어컴프레셔부,
에어분사 및 청소를 위한 클리닝 모듈부,
상기 클리닝모듈부의 이동경로를 제공하기 위한 클리닝모듈 가이드부,
이동에 필요한 동력을 제공하기 위한 기어 및 모터부,
상기 클리닝 모듈의 동작제어 및 중앙관제센터와의 연동을 위하여 메인컨트롤부를 포함하여 구성되는 오토클리닝 장치를 포함하며,
상기 태양광 발전장치와 중앙관제센터는 통신망을 통해 연결되며,
상기 태양광 발전장치에는 태양광 패널의 상태와 오염정도, 현장 기상상태를 감시하기 위하여 CCTV 및 풍속계가 설치되며,
상기 태양광 발전장치는 태양광 패널의 클리닝 모듈에 LTE라우터를 통하여 인터넷 망에 접속되며,
상기 CCTV, 풍속계, 메인컨트롤부가 상기 중앙관제센터와는 와이파이로 연결되며,
상기 메인컨트롤부와 클리닝 모듈간의 통신은 블루투스 통신으로 연결된 것을 특징으로 하되,
상기 클리닝모듈 부위에 비접촉식 적외선 온도측정기(센서)와 열화상카메라를 부착하여 각 패널의 온도 측정 및 열화상정보를 태양광 패널 후면에 부착된 RFID 태그값과 매칭시켜 중앙관제 센터로 통보하고, 중앙관제센터로 통보된 정보는 데이터베이스로 관리되어 모듈의 온도 편차를 분석하여 이상유무를 판단하고 필요시 관리자가 조치를 취할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
태양광패널의 상태, 오염정도, 현장기상상태 확인을 위하여 태양광 발전장치(시스템)내 고성능 CCTV(Zoom In기능) 및 풍속계가 추가로 설치되며, 폭설시 또는 강풍시 태양광 시설물 파손방지를 위하여 태양광패널의 경사도를 조절하도록 하여 피해가 발생하지 않도록 사전 조치가 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는,
경사도 조절 기능은 시설물파손에 대한 대비뿐만 아니라 태양광 발전효율을 위하여 일별, 계절별 일사량을 고려하여 사전에 세팅된 방식으로 작동가능하며, 중앙관제센터의 관리자에 의해서도 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 계절별, 일별, 시간대별로 수신된 평균 데이터값과 대상 태양광 패널의 데이터값을 비교하는 제 1 단계,
이후 비교결과, 설정기준을 초과하였는지를 판단하는 제2 단계,
만약 비교결과, 설정기준을 초과하였으면, 이상패널로 결과 결과를 보고하는 제3 단계,
만약 비교결과, 설정기준을 초과하지 않았다면, 상기 제1 단계의 과정을 계속 수행하는 것을 특징으로 하는 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광발전장치의 운영 및 유지관리방법이 제공된다.
바람직하게는, 열화상 카메라로부터 열화상 영상을 획득하고, 적외선 센서로부터 적외선 감지신호를 수신하는 제4 단계,
이후, CCTV 및 풍속계로부터 CCTV 및 풍속정보를 수신하는 제5 단계,
이후, RFID 태그로부터 값을 획득하고 RFID 값과 매칭시켜 중앙관제센터로 수신된 모든 데이터를 전송 통보하는 제6 단계,
이후 강풍 또는 폭설 발생여부를 판단하여, 만약 강풍 또는 폭설이 발생된 경우에는 태양광 패널의 경사도를 조절하는 제 7단계,
강풍 또는 폭설이 발생되지 않은 경우에는, 눈 또는 낙엽,비, 미세먼지, 또는 오염원의 존재여부를 판단하는 제8단계,
이후, 오염원이 있는 경우에는 클리닝 모듈의 작동 명령을 송신하는 제9 단계,
상기 클리닝 모듈이 에어분사를 수행하고, 부드러운 브러쉬 작동 또는 고무주걱 작동과정을 수행하는 제10단계,
이후 설정된 작동시간 또는 명령에 의한 작동과정이 완료되었는지 판단하여, 완료된 경우에는 결과정보를 중앙관제센터에 전송하여 보고하는 제11 단계를 포함하는 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광발전장치의 운영 및 유지관리방법이 제공된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템에 의하면, 태양광 패널 청소기능 이외에 일별, 시간대별 온도 및 열화상 정보를 데이터베이스로 관리하여 주변 패널과의 온도와 편차가 클 경우 데이터 분석을 통하여 이상유무를 판단하고 필요시 신속한 조치를 통하여 태양광발전 시스템을 최적의 상태로 운용함으로서 발전 효율을 최상의 상태로 유지할 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 스마트센서와 데이터값을 통하여 얻어진 결과를 토대로 강풍 또는 강설 발생시 자체적인 경사도 조절이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광발전장치의 운영 및 유지관리시스템의 개략적인 구성을 설명하는 개념도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 태양광발전장치의 클리닝모듈의 개략적인 구성을 나타낸 도면들이다.
도 5 내지 도 12는 도 1의 태양광발전장치의 태양광 패널과 클리닝모듈의 클리닝 동작시 상태도를 구분하여 나타낸 도면들이다.
도 13은 본 발명에 따른 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템에서의 태양광 패널의 오토클리닝 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 14는 본 발명에 따른 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템에서의 운영 및 유지관리과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 태양광발전장치의 클리닝모듈의 개략적인 구성을 나타낸 도면들이다.
도 5 내지 도 12는 도 1의 태양광발전장치의 태양광 패널과 클리닝모듈의 클리닝 동작시 상태도를 구분하여 나타낸 도면들이다.
도 13은 본 발명에 따른 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템에서의 태양광 패널의 오토클리닝 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 14는 본 발명에 따른 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템에서의 운영 및 유지관리과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명에 따른 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광발전장치의 운영 및 유지관리시스템의 개략적인 구성을 설명하는 개념도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 태양광발전장치의 클리닝모듈의 개략적인 구성을 나타낸 도면들이다.
본 발명은 다양한 기능 및 센서를 내장하고 있는 태양광 발전장치(10-1,..,10-N)의 운영 및 유지관리(O & M:Operation And Maintenacne)기능을 갖춘 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리 시스템으로 도 1에 전체 구성도를 나타내었다. 도 1을 참조하면, 오토클리닝 기능을 가진 태양광발전 장치와, 태양광발전 장치의 상태감시 및 제어를 위하여 중앙관제센터(50)를 포함하여 구성된다.
태양광발전 장치(10-1,..,10-N)와 중앙관제센터(50) 구성은 인터넷망 또는 LTE망등 다양한 방식으로 통신망(30)을 통해 연결될 수 있는데 도 1에서는 LTE망으로 구성한 예를 나타내었다. 또한, 태양광 패널(2)의 상태와 오염정도, 현장 기상상태를 감시하기 위하여 CCTV 및 풍속계(9)등이 설치된다.
도 1을 참조하면, 네트워크 구성은 태양광 패널(2)의 클리닝 모듈(4)에 LTE라우터(8, LTE신호를 와이파이 신호로 변환해 주는 무선장치)를 통하여 인터넷 망에 접속된다. 와이파이는 각 장치(CCTV, 풍속계, 메인컨트롤부(6))가 중앙관제센터(50)와 연결되는 수단이며, 메인컨트롤부(8)와 클리닝모듈(40)간의 통신은 블루투스 통신으로 연결된다.
오토 클리닝 장치의 구성은 태양광패널(2) 표면에 강력한 에어를 발생시키는 에어컴프레셔부(5), 에어분사 및 청소를 위한 클리닝모듈(40), 상기 클리닝 모듈(40)의 원할한 이동경로를 위한 클리닝 모듈가이드부(442,444), 이동 동력을 제공하기 위한 기어 및 모터부(470) 등이 있고, 클리닝 모듈(4)의 동작제어 및 중앙관제센터(50)와의 연동을 위하여 메인컨트롤부(8)로 구성된다. 상기 클리닝 모듈(40)은 평상시 초기상태에는 태양광 패널(2)의 좌측부분에 자리잡고 위치하고 있다가(도 5 내지 11에서 태양광 패널(2)의 좌측 빈공간부분을 지칭한다. 클리닝 모듈 센터라고도 한다), 메인컨트롤부(8)의 작동이 개시되면 태양광 패널(2)을 청소하기 위해 이동하게 된다.
상기 클리닝 모듈(40)은 몸체부상에 후술하는 에어호스(460)에 연결되는 호스연결부(41)과, 열화상 카메라(44), 우적센서(45)가 구비되며, 바닥면에는 고무밀착면(42), 에어홀(혹은 에어분사구)(43), 한 쌍의 롤러(46), 회전 브러쉬(47), 고무주걱(48)이 구비되어 있다.
즉, 도 4를 참조하면, 클리닝모듈(40)은 하단면에 비접촉식 적외선 온도센서, 태양광패널의 RFID정보(모듈번호 또는 ID값)를 읽어들이는 RFID리더기(49), 패널표면에 쌓인 이물질을 제거해 주는 회전브러쉬(마모를 줄수 있는 강한재질이 아님)(47), 먼지를 강하게 불어주는 에어분사구(43), 고무주걱(48)을 포함하여 구성되어 있고, 상단면에는 열화상 카메라(44)가 장착되어 태양광패널(2)의 세부적인 열감지가 가능하며, 강우를 감지할 수 있는 우적센서(45)가 장착되어 있다.
본 발명에 따른 오토클리닝 장치는 기본적으로 사전에 세팅된 주기로 태양광 패널의 청소를 시행하지만, 우적센서(45)의 부착으로 강우감지 및 강우시 청소를 할 수 있고, 적외선 카메라(44)를 통하여 관측된 기후상태 및 오염원분석(낙엽, 미세먼지,강설등)을 통한 분사방식 강도를 조절(간략모드, 표준모드, 정밀모드)할 수 있는 제어 기능을 가진다.
한편, 적외선 온도센서는 비접촉식으로 적외선을 출력하여 열화상 카메라와 마찬가지로 태양광 패널의 온도를 측정하는 목적을 가지며, RFID를 리드하여 해당 태양광 패널의 온도 정보를 중앙관제센터로 전송하게 된다. 중앙관제센터는 송신된 태양광 패널의 온도정보를 축정하겨 축적된 DB의 내용을 토대로 태양광 패널의 이상유무를 판별하게 된다. 상기 열화상 카메라와 비접촉식 적외선 온도센서는 선택적으로 태양광 패널의 온도를 측정하는데 사용된다.
도 5 내지 도 12는 도 1의 태양광발전장치의 태양광 패널과 클리닝모듈의 클리닝 동작시 상태도를 구분하여 나타낸 도면들이다.
도 5를 참조하면, 태양광 패널(2)은 복수개의 패널(24)들이 직사각형을 이루는 좌측,우측, 상부,하부 프레임(20,21,22,23)에 의해 직사각형 형태를 유지한다. 태양광 패널(2)은 수직 지지대(25) 및 Y자 형태의 경사지지대(26,27)로 지지되어 있다.
상기 태양광 패널(2)의 일측에는 클리닝 모듈(40)이 장착되어 있다. 클리닝 모듈(40)은 상기 태양광 패널(2)의 표면위를 X축 및 Y축 이동방식으로 연속하여 이동되면서 태양광 패널(2)의 표면을 클리닝한다.
상기 클리닝 모듈(40)은 클리닝모듈 가이드부(442,444)에 이동가능하게 설치된 것으로서 오토클리닝 장치의 핵심 구성부품 중 하나이다. 상기 클리닝모듈 가이드부(442,444)는 상단 및 하단부가 상기 태양광 패널(2)의 직사각형 프레임들 중 상하측 프레임(22,23)에 각각 각각 Y축 방향으로 평행하게 일정간격을 두고 설치된다.
상기 클리닝 모듈(40)은 평행한 상기 상하부 프레임(22,23)에 상기 클리닝모듈 가이드부(442,444)의 상단베이스부(410)와 모터를 포함하는 하단베이스부(480)로 이루어진 패널가이드부(X축 이동을 위한 장치)를 통해 설치된다. X축으로의 이동은 상단베이스부(410)에 설치된 모터(472)가 중앙제어센터의 제어신호에 의해 가동되는 경우에 모터(472)가 가동되며 하단베이스부(480)의 모터도 작동되어 상기 상하부 프레임(22,23)을 따라 X축으로 이동되게 된다(X축의 이동은 여러가지 방식이 있으나 본 발명에서는 모터와 롤러의 연결관계로 설정하며, 롤러가 회전하면서 상하부 프레임(22,23)과의 접촉을 통해 X축으로 이동하는 것으로 정하였다).
상기 클리닝모듈(40)은 상기 Y축 안내를 위해 상기 클리닝모듈 가이드부(442,444)에 형성된 삽입부 형태의 레일(442a,444a)에 양쪽 롤러(46)가 이동가능하게 삽입설치되면서 Y축으로 이동가능하며, 에어호스(460)에 의해 에어를 공급받아 에어홀(혹은 에어분사구)(49)를 통해 에어를 분사하여 패널(24)의 표면의 눈, 비, 낙엽, 이물질, 먼지등을 제거하게 된다.
한편, 상기 클리닝모듈(40)의 Y축 방향에서의 상하이동은 상기 베이스부(410)의 상부에 설치된 수직부(420)를 매개로 설치된 정역회전이 가능한 회전수단(430)과, 상기 회전수단(430)에 의해 일정하게 감기는 한 쌍의 감김줄(452,454)의 끝부분이 각각 클리닝모듈(40)의 몸체부에 평행하게 결합되어, 상기 회전수단(430)의 회전에 의해 상기 한쌍의 감김줄의 작용을 통해 상기 클리닝 모듈(40)의 몸체부는 상기 패널(24)에 대해 Y축 방향의 상하이동이 가능하게 된다.
도 13은 본 발명에 따른 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템에서의 오토클리닝 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 오토클리닝 과정에 있어서
열화상 카메라로부터 열화상 영상을 획득하고, 적외선 온도감지 센서로부터 적외선 감지신호를 수신한다(S4).
이후, CCTV 및 풍속계(9)로부터 CCTV 및 풍속정보를 수신한다(S6).
이후, RFID 태그(49)로부터 값을 획득하고 RFID 값과 매칭시켜 중앙관제센터(50)로 수신된 모든 데이터를 전송 통보한다(S8).
이후 강풍 발생여부를 판단한다(S10). 만약 강풍 또는 폭설이 발생된 경우에는 시설물의 파손방지를 위하여 태양광 패널(2)의 경사도를 조절한다(S12). 경사도 조절은 경사지지대(26,27)의 동작을 통해 이루어질 수 있다.
예를 들면, 경사지지대(26,27)중의 하나를 양단부가 각각 회동가능한 힌지 형태로 구성하여(혹은 중간 부분이 접히는 한 쌍의 링크 형태로 구성할 수도 있을 것이다) 별도의 모터장치와 연결하여, 모터장치의 구동을 제어함으로써 필요시 경사지지대(26,27)중 하나를 힌지 회동시켜 전체 태양광 패널(2)의 태양빛에 대한 반사방향을 조절할 수 있다.
한편, 상기 단계 S10에서 강풍이 발생되지 않은 경우에는, CCTV로부터 영상을 분석하여 낙엽이나 눈, 비, 또는 기타 오염원의 존재여부를 판단한다(S14).
이후, 오염원의 종류에 따라 클리닝 모듈(40)의 작동 명령을 송신한다(S18). 상기 강풍 및 폭설 발생에 따른 클리닝 모듈(40)의 작동명령신호는 중앙관제센터서버(50)로부터 전송받을 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않으며, 태양광 발전장치(10-1,...,10-N)의 메인컨트롤부(8)에서 판단하여 클리닝 모듈(40)의 작동명령신호를 송출할 수도 있다.
상기 중앙관제센터(50)는 중앙관제서버(52) 및 모니터링 시스템(54), 모바일 앱(56)을 포함하며, 원격지에 다수개 설치된 태양광 발전 장치로부터 다양한 신호를 전송받아 운영 및 유지관리를 수행할 수 있다.
상기 단계 S16이후에, 클리닝 모듈(40)은 에어분사를 수행하고(S18), 부드러운 브러쉬 작동 또는 고무주걱 작동(S18)과정을 수행하게 된다. 이후 설정된 작동시간 또는 명령에 의한 작동과정이 완료되었는지 판단하여(S22), 완료된 경우에는 결과정보를 중앙관제센터에 전송하여 보고한다(S24).
도 14는 본 발명에 따른 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템에서의 운영 및 유지관리과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 상기 도13의 단계 S8이후에, 계절별, 일별, 시간대별로 수신된 평균데이터 값과 대상 태양광 패널의 데이터값을 비교한다(S30).
이후 비교결과, 설정기준을 초과하였는지를 판단한다(S31).
만약 비교결과, 설정기준을 초과하였으면, 중앙관제센터(50)로 결과를 보고한다(이상패널로 판단한다)(S40).
만약 비교결과, 설정기준을 초과하지 않았다면, 상기 단계 S30의 과정을 계속 수행하는 것을 특징으로 한다.
태양광패널 클리닝 장치는 시중에 일부 출시되어있지만 대부분의 제품은 사전에 세팅된 제어값에 의하여 정해진 시간, 정해진 경로에 대해서만 청소가 이루어지는 단순한 방식인데 반해 본 발명의 오토클리닝 장치는 스마트센서가 내장되어 이를 통하여 수집된 다양한 데이터 정보를 실시간으로 분석하고, 학습(E-learning)을 통하여 최적의 알고리즘으로 구동되는 인공지능(AI) 장치이다.
또한, 기상상황 및 오염원에 따라 분사방식의 강도 및 이동 속도, 횟수의 조절도 가능하며, 주기적 자체 진단진단 기능을 통하여 장치의 상태를 최적의 상태로 유지하고 이상발생시 신속히 중앙관제 센터(20)에 통보하는 기능을 가진다. 아울러 이상기후(낙뢰, 지진, 강풍)감지시 가동중단을 통한 시스템 보호기능을 가진다.
또한, 태양광 패널의 청소기능을 수행하면서 비접촉식 적외선 온도측정기 또는 열화상 카메라를 통하여 각 패널의 온도 측정데이터 및 열화상 정보를 태양광 패널 후면에 부착된 RFID태그값과 동시에 중앙관제센터(50)로 전송하면 사전에 중앙관제센터의 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터를 분석하여 성능저하 태양광 패널의 이상유무를 판단하고 정확한 태양광 패널의 위치를 파악하여 신속하게 조치하는 것이 가능하다. 현재까지 태양광 패널의 이상유무를 판별하기 위하여 여러방법이 제안되어 있으나, 고장난 태양광 패널의 위치를 정확하게 파악하는 방식에 한계가 존재했었다. 그러나 본 발명에서 제안한 RFID를 이용한 아이오티(IoT) 기술을 태양광 발전 장치에 접목시킴으로서 정확하고 신속하게 이상 모듈을 판별할 수 있게 되었다.
또한, 본 발명에 의하면, 스마트센서와 데이터값을 통하여 얻어진 결과를 토대로 강풍 또는 폭설 발생시 자체적인 경사도 조절이 가능하다.
본 발명에서, 태양광 패널의 경사도 조절에 대한 세부 작동방법에 대하여 도식화하지는 않았지만 일정풍속(관리자의 사전세팅값)이상시 또는 강설시 15도 단위로 경사도 조절이 가능하여 총 6단계로(0도~90도) 조절이 된다. 경사도 조절기능은 자체적으로 수집된 데이터값에 의하여 동작되기도 하지만 중앙관제센터 관리자의 제어명령으로도 경사도를 조절(트래커 기능)을 할 수 있도록 하여 예기치 못한 시스템의 오동작 또는 악천후 등 필요시 경사도 조절을 통하여 시설물 보호 및 안전사고등을 미연에 예방할 수 있다. 경사도 조절 기능은 시설물파손 대비뿐만 아니라 발전효율을 위하여 일별, 계절별 일사량에 따라서도 동일한 조절기능을 가진다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템에 의하면, 태양광 패널 청소기능 이외에 계절별, 일별, 시간대별 온도 및 열화상 정보를 데이터베이스로 관리하여 주변 패널과의 온도와 편차가 클 경우 데이터 분석을 통하여 이상유무를 판단하고 필요시 신속한 조치를 통하여 태양광발전 시스템을 최적의 상태로 운용함으로서 발전 효율을 최상의 상태로 유지할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
2: 태양광 패널모듈
5: 에어컴프레서
6: 메인컨트롤부
8: LTE 라우터
9: CCTV/풍속계
10-1,...,10-N: 태양광발전장치
20,21,22,23: 좌측,우측,상부, 하부 프레임
30: 통신망
40: 클리닝모듈
42: 밀착부
43: 에어분사구
44: 열화상카메라
45: 우적센서
46: 롤러
47: 브러쉬
48: 고무주걱
49: RFID 리더기
50: 중앙관제센터
52: 중앙관제서버
54: 모니터링시스템
5: 에어컴프레서
6: 메인컨트롤부
8: LTE 라우터
9: CCTV/풍속계
10-1,...,10-N: 태양광발전장치
20,21,22,23: 좌측,우측,상부, 하부 프레임
30: 통신망
40: 클리닝모듈
42: 밀착부
43: 에어분사구
44: 열화상카메라
45: 우적센서
46: 롤러
47: 브러쉬
48: 고무주걱
49: RFID 리더기
50: 중앙관제센터
52: 중앙관제서버
54: 모니터링시스템
Claims (5)
- 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광발전장치의 운영 및 유지관리시스템에 있어서,
클리닝 모듈이 설치된 태양광 패널을 포함하는 상기 태양광 발전장치와,
태양광패널 표면에 강력한 에어를 발생시키는 에어컴프레셔부,
에어분사 및 청소를 위한 클리닝 모듈부,
상기 클리닝모듈부의 이동경로를 제공하기 위한 클리닝모듈 가이드부,
이동에 필요한 동력을 제공하기 위한 기어 및 모터부,
상기 클리닝 모듈의 동작제어 및 중앙관제센터와의 연동을 위하여 메인컨트롤부를 포함하여 구성되는 오토클리닝 장치를 포함하며,
상기 태양광 발전장치와 중앙관제센터는 통신망을 통해 연결되며,
상기 태양광 발전장치에는 태양광 패널의 상태와 오염정도, 현장 기상상태를 감시하기 위하여 CCTV 및 풍속계가 설치되며,
상기 태양광 발전장치는 태양광 패널의 클리닝 모듈에 LTE라우터를 통하여 인터넷 망에 접속되며,
상기 CCTV, 풍속계, 메인컨트롤부가 상기 중앙관제센터와는 와이파이로 연결되며,
상기 메인컨트롤부와 클리닝 모듈간의 통신은 블루투스 통신으로 연결된 것을 특징으로 하되,
상기 클리닝모듈 부위에 비접촉식 적외선 온도측정기(센서)와 열화상카메라를 부착하여 각 패널의 온도 측정 및 열화상정보를 태양광 패널 후면에 부착된 RFID 태그값과 매칭시켜 중앙관제 센터로 통보하고, 중앙관제센터로 통보된 정보는 데이터베이스로 관리되어 모듈의 온도 편차를 분석하여 이상유무를 판단하고 필요시 관리자가 조치를 취할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템. - 제 1 항에 있어서,
태양광패널의 상태, 오염정도, 현장기상상태 확인을 위하여 태양광 발전장치(시스템)내 고성능 CCTV(Zoom In기능) 및 풍속계가 추가로 설치되며, 폭설시 또는 강풍시 태양광 시설물 파손방지를 위하여 태양광패널의 경사도를 조절하도록 하여 피해가 발생하지 않도록 사전 조치가 가능한 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템. - 제 1 항에 있어서,
경사도 조절 기능은 시설물파손에 대한 대비뿐만 아니라 태양광 발전효율을 위하여 일별, 계절별 일사량을 고려하여 사전에 세팅된 방식으로 작동가능하며, 중앙관제센터의 관리자에 의해서도 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광 발전장치의 운영 및 유지관리시스템. - 계절별, 일별, 시간대별로 수신된 평균 데이터값과 대상 태양광 패널의 데이터값을 비교하는 제 1 단계,
이후 비교결과, 설정기준을 초과하였는지를 판단하는 제2 단계,
만약 비교결과, 설정기준을 초과하였으면, 이상패널로 결과 결과를 보고하는 제3 단계,
만약 비교결과, 설정기준을 초과하지 않았다면, 상기 제1 단계의 과정을 계속 수행하는 것을 특징으로 하는 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광발전장치의 운영 및 유지관리방법. - 제 4 항에 있어서, 열화상 카메라로부터 열화상 영상을 획득하고, 적외선 센서로부터 적외선 감지신호를 수신하는 제4 단계,
이후, CCTV 및 풍속계로부터 CCTV 및 풍속정보를 수신하는 제5 단계,
이후, RFID 태그로부터 값을 획득하고 RFID 값과 매칭시켜 중앙관제센터로 수신된 모든 데이터를 전송 통보하는 제6 단계,
이후 강풍 또는 폭설 발생여부를 판단하여, 만약 강풍 또는 폭설이 발생된 경우에는 태양광 패널의 경사도를 조절하는 제 7단계,
강풍 또는 폭설이 발생되지 않은 경우에는, 눈 또는 낙엽,비, 미세먼지, 또는 오염원의 존재여부를 판단하는 제8단계,
이후, 오염원이 있는 경우에는 클리닝 모듈의 작동 명령을 송신하는 제9 단계,
상기 클리닝 모듈이 에어분사를 수행하고, 부드러운 브러쉬 작동 또는 고무주걱 작동과정을 수행하는 제10단계,
이후 설정된 작동시간 또는 명령에 의한 작동과정이 완료되었는지 판단하여, 완료된 경우에는 결과정보를 중앙관제센터에 전송하여 보고하는 제11 단계를 포함하는 아이오티(IoT)기반 스마트센서를 통한 태양광발전장치의 운영 및 유지관리방법.
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