KR20230043327A - 태양광 모듈의 진단 장치 및 태양광 모듈의 진단 방법 - Google Patents

태양광 모듈의 진단 장치 및 태양광 모듈의 진단 방법 Download PDF

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이정규
전진택
주우혁
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Abstract

본 발명의 태양광 모듈의 진단 장치는, 태양광 모듈의 진동을 감지하는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서; 상기 태양광 모듈의 열을 감지하는 IR(Infrared Ray) 센서; 상기 IMU 센서 및 IR 센서로부터 측정된 데이터를 송신하는 통신부; 상기 IMU 센서 및 IR 센서로부터 측정된 데이터를 저장하는 메모리; 및 상기 IMU 센서, IR 센서 및 센서부와 전기적으로 연결되고, 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 측정된 데이터의 오차를 보정하고, 상기 측정된 데이터 및 상기 태양광 모듈의 위치를 매칭하여 2차원 데이터를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 태양광 모듈의 진단 방법은, 센서부로부터 측정된 데이터를 수집하는 단계; 상기 측정된 데이터의 오차를 보정하는 단계; 및 상기 측정된 데이터 및 상기 태양광 모듈의 위치를 매칭하여 2차원 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

태양광 모듈의 진단 장치 및 태양광 모듈의 진단 방법{Diagnostic device of solar module and diagnostic method of solar module}
본 발명은 태양광 모듈의 진단 장치 및 태양광 모듈의 진단 방법에 관한 것이다.
최근 에너지전환 및 에너지신산업 육성 등을 위한 정부의 그린뉴딜 관련투자가 확대되고 있으며 그에 따라 태양광 및 바이오매스 재생에너지 등 관련분야의 활성화를 위한 제품이 개발되는 추세이다. 한편 기개발된 장비 또는 설비의 유지관리는 작업자에 의해 단순 육안점검만 실시하는 수준으로 실시간 검사를 통한 모듈의 이상여부 판단 기술에 대한 수요가 증가하고 있다.
특히, 태양광 모듈은 장기적으로 외부 환경에 노출되어 음영, 오염, 파손 등에 의해 고장이 발생한다. 현재 태양광 시스템의 고장 진단은 인버터를 중심으로 이루어지고 있다. 반면, 태양광 개별 모듈의 이상 여부 판단과 부분적인 효율 저하에 대해서는 진단 및 대처가 어려운 실정이다.
본 발명의 목적은 비파괴적인 방법으로 IR 센서 어레이 기반 열특성 분석 및 IMU 센서 기반 진동특성 평가 기술을 적용하여 태양광 단위 모듈의 이상 및 고장을 진단할 수 있는 IOT 시스템 기반의 태양광 모듈의 진단 장치 및 태양광 모듈의 진단 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 태양광 모듈의 진단 장치는, 태양광 모듈의 진동을 감지하는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서; 상기 태양광 모듈의 열을 감지하는 IR(Infrared Ray) 센서; 상기 IMU 센서 및 IR 센서로부터 측정된 데이터를 송신하는 통신부; 상기 IMU 센서 및 IR 센서로부터 측정된 데이터를 저장하는 메모리; 및 상기 IMU 센서, IR 센서 및 센서부와 전기적으로 연결되고, 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 측정된 데이터의 오차를 보정하고, 상기 측정된 데이터 및 상기 태양광 모듈의 위치를 매칭하여 2차원 데이터를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 태양광 모듈의 진단 방법은, 센서부로부터 측정된 데이터를 수집하는 단계; 상기 측정된 데이터의 오차를 보정하는 단계; 및 상기 측정된 데이터 및 상기 태양광 모듈의 위치를 매칭하여 2차원 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 태양광 모듈의 진단 장치를 이용하여 실시간으로 태양광 모듈의 고장 상태를 확인할 수 있고, 태양광 모듈의 위치에 따른 측정값을 시각적으로 확인할 수 있어 직관적으로 평가할 수 있다. 또한, 본 발명의 태양광 모듈의 진단 장치를 모바일과 연동하여 알림 메시지의 형태로 태양광 모듈의 상태를 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 태양광 모듈의 진단 장치는 모듈형으로 구비되어, 태양광 모듈의 크기에 관계없이 진단이 용이하다. 즉, 태양광 개별 모듈의 개수에 따라 진단 장치 모듈을 쉽게 추가할 수 있어 태양광 모듈의 개수 및 크기에 관계없이 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 진단 장치의 모식도이다.
도 2는 태양광 모듈의 진단 장치의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 태양광 모듈의 진단 결과를 시각화한 예시이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 진단 방법의 동작 흐름도이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 진단 장치의 모식도이다. 도 2는 태양광 모듈의 진단 장치의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 진단 장치(100)는 태양광 개별 모듈(10a, 10b, 10c, 10d)의 고장을 진단할 수 있는 장치로써, 태양광 모듈(10) 뿐만 아니라 다양한 전원 공급 모듈의 고장 진단에도 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 진단 장치(100)는, 센서부(120), 제어부(110), 통신부(130), 메모리(140) 및 디스플레이부(150)를 포함할 수 있다.
센서부(120)는 태양광 모듈(10)로부터 다양한 데이터를 측정 및 감지할 수 있다. 구체적으로, 센서부(120)는 태양광 모듈의 진동을 감지하는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서(122) 및 태양광 모듈의 열을 감지하는 IR(Infrared Ray) 센서(124)를 포함할 수 있다.
IMU 센서(122)는 태양광 모듈(10)의 상부를 이동하면서 태양광 모듈(10) 상에 오염 물질 또는 불필요한 구조물 등이 있는지 감지할 수 있다. 즉, IMU 센서(122)는 태양광 모듈(10) 상부의 진동을 감지함으로써, 태양광 모듈(10) 상부에 오염 물질 또는 불필요한 구조물 등을 감지할 수 있다.
IMU 센서(122)는 태양광 모듈(10)의 하나의 행에 위치하는 태양광 개별 모듈(10a, 10b, 10c, 10d)의 개수에 따라 복수 개로 구비될 수 있다.
IMU 센서(122)는 사용자 설정에 의해 ±2, ±4, ±8, ±16g 범위의 가속도계 측정이 가능할 수 있다.
IR 센서(124)는 태양광 모듈(10)의 상부를 이동하면서 태양광 모듈(10)의 온도를 측정할 수 있다. 즉, IR 센서(124)는 태양광 모듈(10)의 온도를 측정함으로써, 태양광 모듈(10)의 이상을 감지할 수 있다.
IR 센서(124)는 태양광 모듈(10)의 하나의 행에 위치하는 태양광 개별 모듈(10a, 10b, 10c, 10d)의 개수에 따라 복수 개로 구비될 수 있다.
IR 센서(124)의 온도 측정 범위는 - 70 ℃ 내지 380 ℃이고, FOV(Field of View)는 90 o일 수 있다.
센서부(120)는 태양광 모듈(10) 및 진단 장치(100) 사이의 거리를 측정하는 거리 센서(126)를 더 포함할 수 있다. 이때, 거리 센서(126)는 IR 센서 또는 초음파 센서일 수 있다.
통신부(130)는, 무선 통신을 통해 네트워크에 연결되어 센서부(120) 및 제어부(110)와 통신할 수 있다. 무선 통신은, 예를 들면, LTE, LTE-A(LTE Advance), CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), UMTS(universal mobile telecommunications system), WiBro(Wireless Broadband), 또는 GSM(Global System for Mobile Communications) 등 중 적어도 하나를 사용하는 셀룰러 통신을 포함할 수 있다. 또는, 무선 통신은, 예를 들면, WiFi(wireless fidelity), 블루투스, 블루투스 저전력(BLE), 지그비(Zigbee), NFC(near field communication), 자력 시큐어 트랜스미션(Magnetic Secure Transmission), 라디오 프리퀀시(RF), 또는 보디 에어리어 네트워크(BAN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
통신부(130)는 SPI(serial peripheral interface) 및 I2C(inter-integrated circuit) 중 적어도 어느 하나 이상의 시리얼 통신 방식으로 제어부(110)와 접속을 위한 포트를 구비할 수 있다.
예를 들면, 각 IR 센서(124)는 제어부(110)와 SPI 또는 I2C로 통신하고, 데이터 정합을 위해 TCP/IP 통신으로 하나의 게이트웨이로 온도 데이터를 전송할 수 있다.
또한, IMU 센서(122)는 저전력 BLE 통신으로 게이트웨이로 가속도 데이터를 전송할 수 있다.
메모리(140)는, 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들면, 메모리(140)로 SD 카드가 사용될 수 있다. 메모리(140)는, 예를 들면, 태양광 모듈의 진단 장치(100)의 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(140)는 소프트웨어 및/또는 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(140)는 센서부(120)에서 계측된 가속도 데이터, 온도 데이터 및/또는 거리 데이터들을 저장할 수 있다.
제어부(110)는 태양광 모듈의 진단 장치(100)의 적어도 하나의 다른 구성요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다. 제어부(110)는, IR 센서(124)로부터 측정된 태양광 모듈의 온도 데이터, IMU 센서(122)로부터 측정된 태양광 모듈의 가속도 데이터 및 거리 센서(126)를 통해 측정된 거리 데이터를 수집하여 처리할 수 있다.
제어부(110)는 측정된 데이터의 오차를 보정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(110)는 디지털 필터링 기법을 이용하여 IMU 센서(122)로부터 측정된 가속도 데이터의 오차를 보정할 수 있다. 또는, 제어부(110)는 IR 센서(124)로부터 측정된 온도 데이터 및 거리 센서(126)로부터 측정된 거리 데이터를 이용하여 열특성 모델링을 통해 온도 데이터의 오차를 보정할 수 있다.
제어부(110)는 측정된 데이터 및 상기 태양광 모듈(10)의 각 개별 모듈(10a, 10b, 10c, 10d)의 위치를 매칭하여 2차원 데이터를 생성할 수 있다. 즉, 제어부(110)는 센서부(120)를 통해 측정된 데이터를 1차원으로 수신한 후, 개별 모듈(10a, 10b, 10c, 10d)의 좌표에 따른 2차원 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 제어부(110)는 BLE 5.0 Coded PHY 프로토콜을 이용하여 측정된 데이터 및 태양광 모듈(10)의 각 개별 모듈(10a, 10b, 10c, 10d)의 위치를 매칭할 수 있다.
제어부(110)는, IMU 센서(122) 및 IR 센서(124)에 각각 할당된 AP(Access Point)와 측정된 데이터를 정렬하여 2차원 데이터를 생성할 수 있다.
디스플레이부(150)는 제어부(110)로부터 생성된 2차원 데이터를 시각화하여 출력할 수 있다. 예를 들면, 도 3을 참고하면, 각 개별 모듈(10a, 10b, 10c, 10d)의 위치에 따라 IR센서(124)로부터 측정된 온도 데이터를 색상으로 표시할 수 있다. 도면에 도시하지 않았으나, 각 개별 모듈(10a, 10b, 10c, 10d)의 위치에 따라 IMU 센서(122)로부터 측정된 진동 데이터를 수치 또는 그래프로 표시할 수 있다.
한편, 사용자의 단말을 이용하여 무선 통신으로 본 발명의 진단 장치(100)에 접속하여 사용자 단말에 2차원 데이터를 출력할 수도 있다.
본 발명의 태양광 모듈의 진단 장치를 이용하여 실시간으로 태양광 모듈의 고장 상태를 확인할 수 있고, 태양광 모듈의 위치에 따른 측정값을 시각적으로 확인할 수 있어 직관적으로 평가할 수 있다. 또한, 본 발명의 태양광 모듈의 진단 장치를 모바일과 연동하여 알림 메시지의 형태로 태양광 모듈의 상태를 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 태양광 모듈의 진단 장치는 모듈형으로 구비되어, 태양광 모듈의 크기에 관계없이 진단이 용이하다. 즉, 태양광 개별 모듈의 개수에 따라 진단 장치 모듈을 쉽게 추가할 수 있어 태양광 모듈의 개수 및 크기에 관계없이 진단할 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 태양광 모듈의 진단 방법은, 센서부로부터 측정된 데이터를 수집하는 단계(S100); 상기 측정된 데이터의 오차를 보정하는 단계(S200); 및 상기 측정된 데이터 및 상기 태양광 모듈의 위치를 매칭하여 2차원 데이터를 생성하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
센서부로부터 측정된 데이터를 수집하는 단계(S100)에서는, IR 센서로부터 측정된 태양광 모듈의 온도 데이터, IMU 센서로부터 측정된 태양광 모듈의 가속도 데이터 및 거리 센서로부터 측정된 태양광 모듈 및 진단 장치 사이의 거리 데이터 중 적어도 어느 하나의 데이터를 수집할 수 있다.
수집된 데이터는 메모리에 저장될 수 있고, 제어부에서 처리할 수 있다. 이때, 센서부는, SPI(serial peripheral interface) 및 I2C(inter-integrated circuit) 중 적어도 어느 하나 이상의 시리얼 통신 방식으로 제어부와 접속할 수 있다.
제어부는, 센서부로부터 측정된 데이터를 수집하여 오차를 보정하는 단계(S200)를 수행할 수 있다. 예를 들면, 제어부는 디지털 필터링 기법을 이용하여 IMU 센서로부터 측정된 가속도 데이터의 오차를 보정할 수 있다. 또는, 제어부는 IR 센서로부터 측정된 온도 데이터 및 거리 센서로부터 측정된 거리 데이터를 이용하여 열특성 모델링을 통해 온도 데이터의 오차를 보정할 수 있다.
다음으로, 2차원 데이터를 생성하는 단계(S300)에서는, 제어부에서 BLE 5.0 Coded PHY 프로토콜을 이용하여, 측정된 데이터 및 태양광 모듈의 위치를 매칭할 수 있다. 이때, 제어부는, IMU 센서 및 IR 센서에 각각 할당된 AP(Access Point)와 측정된 데이터를 정렬하여 2차원 데이터를 생성할 수 있다.
다음으로, 도면에 도시하지 않았으나, 사용자의 요청에 따라 2차원 데이터를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 진단 장치에 구비되어 있는 디스플레이부 또는 사용자의 단말에 2차원 데이터를 출력할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 태양광 모듈의 진동을 감지하는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서;
    상기 태양광 모듈의 열을 감지하는 IR(Infrared Ray) 센서;
    상기 IMU 센서 및 IR 센서로부터 측정된 데이터를 송신하는 통신부;
    상기 IMU 센서 및 IR 센서로부터 측정된 데이터를 저장하는 메모리; 및
    상기 IMU 센서, IR 센서 및 센서부와 전기적으로 연결되고, 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 측정된 데이터의 오차를 보정하고,
    상기 측정된 데이터 및 상기 태양광 모듈의 위치를 매칭하여 2차원 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 모듈 및 상기 진단 장치 사이의 거리를 측정하는 거리 센서를 더 포함하는 태양광 모듈의 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    디지털 필터링 기법을 이용하여 IMU 센서로부터 측정된 데이터의 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 진단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    BLE 5.0 Coded PHY 프로토콜을 이용하여 상기 측정된 데이터 및 상기 태양광 모듈의 위치를 매칭하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 진단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 IMU 센서 및 IR 센서에 각각 할당된 AP(Access Point)와 상기 측정된 데이터를 정렬하여 2차원 데이터를 생성하는 태양광 모듈의 진단 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는 SPI(serial peripheral interface) 및 I2C(inter-integrated circuit) 중 적어도 어느 하나 이상의 시리얼 통신 방식으로 상기 제어부와 접속을 위한 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 진단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 2차원 데이터를 출력하는 디스플레이부를 더 포함하는 태양광 모듈의 진단 장치.
  8. 센서부로부터 측정된 데이터를 수집하는 단계;
    상기 측정된 데이터의 오차를 보정하는 단계; 및
    상기 측정된 데이터 및 상기 태양광 모듈의 위치를 매칭하여 2차원 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 태양광 모듈의 진단 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 데이터를 수집하는 단계에서는,
    IR 센서로부터 측정된 태양광 모듈의 온도 데이터;
    IMU 센서로부터 측정된 태양광 모듈의 가속도 데이터; 및
    거리 센서로부터 측정된 태양광 모듈 및 진단 장치 사이의 거리 데이터 중 적어도 어느 하나의 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 진단 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 오차를 보정하는 단계에서는,
    디지털 필터링 기법을 이용하여 IMU 센서로부터 측정된 데이터의 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 진단 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 2차원 데이터를 생성하는 단계에서는,
    BLE 5.0 Coded PHY 프로토콜을 이용하여 상기 측정된 데이터 및 상기 태양광 모듈의 위치를 매칭하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 진단 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 2차원 데이터를 생성하는 단계에서는,
    상기 센서부에 각각 할당된 AP(Access Point)와 상기 측정된 데이터를 정렬하여 2차원 데이터를 생성하는 태양광 모듈의 진단 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 센서부는, SPI(serial peripheral interface) 및 I2C(inter-integrated circuit) 중 적어도 어느 하나 이상의 시리얼 통신 방식으로 제어부와 접속하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 진단 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 2차원 데이터를 출력하는 단계를 더 포함하는 태양광 모듈의 진단 방법.
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