KR20230076889A - LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템 - Google Patents
LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템에 관한 것으로, 이는 제1 주파수를 사용하는 제1 LoRa 통신망을 통해 감시 데이터를 송신하거나 제어 신호를 수신하는 다수의 RTU(Remote Terminal Unit); 제1 LoRa 통신망을 통해 전송되는 신호를 수신 및 증폭한 후 제2 주파수로 주파수 변환하여 제2 주파수를 사용하는 제2 LoRa 통신망으로 재전송하고, 제2 LoRa 통신망을 통해 전송되는 신호를 수신 및 증폭한 후 제2 주파수로 주파수 변환하여 제1 LoRa 통신망로 재전송하는 LoRa 중계기; 제2 LoRa 통신망을 통해 전송되는 감시 데이터를 수신하여 인터넷망에 전달하거나, 상기 인터넷망을 통해 전송되는 제어 신호를 수신하여 제2 LoRa 통신망으로 전달하는 게이트웨이; 및 인터넷망을 통해 전송되는 감시 데이터에 기반하여 원격 감시 및 제어 동작을 수행하고 제어 신호를 생성 및 출력하는 감시 서버를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 음영 지역 발생 또는 통신 거리 증대에 따른 통신 품질 저하를 최소화할 수 있도록 하는 LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템에 관한 것이다.
태양광 발전시스템은 최근 몇 년간 주요한 신재생 에너지의 우선적인 발전시스템으로 권장되면서 수많은 발전설비 및 이의 운영에 필요한 인프라 시설들이 개발되었고 현재 수천 MW 용량의 태양광발전 시설이 현장에서 설치 운용 중에 있다.
이러한 태양전지모듈 대부분은 일사량을 많이 얻을 수 있는 건물의 옥상에 설치되거나 일조권이 잘 확보될 수 있는 야산과 같은 한적한 곳에 태양광에 직접 노출되어 설치되므로, 운영자의 접근이 용이치 못해 원격 감시 기술을 주로 이용하여 태양광 발전 시설의 운영 상태를 실시간 파악하도록 한다.
이에 등록특허 제10-1539998호 등에서는 복수개의 태양광발전소에 각각연결된 복수개의 RTU(Remote Terminal Unit)들로부터 하나의 감시서버가 각각의 원격데이터를 전송받고, 상기 감시서버에서 상기 전송된 원격데이터를 검증하고, 상기 검증결과에 기초한 RTU 제어값을 각각의 RTU로 전송하는 함으로써, 태양광발전 감시이 효율적으로 수행되도록 하는 기술을 제안하고 있다.
즉, 종래에는 RTU이라는 감시 장치를 추가 구비하여, 이를 통해 복수개의 태양광발전소의 원격 감시를 손쉽게 구현될 수 있도록 하고 있다.
다만, RTU는 소량의 데이터를 장거리에 전달 할 수 있는 LoRa 통신 방식을 주로 이용하는 데, LoRa 통신 방식은 장해물에 취약한 특성과 통신 가능한 거리가 한정되는 한계를 가지고 있다.
따라서 종래의 태양광 감시 시스템의 경우, 장해물에 의한 음영 지역 발생에 따라 통신 품질이 저하되거나, 통신 거리 증대로 인해 통신 품질이 저하되는 현상이 빈번히 발생할 수 있게 된다.
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 LoRa 통신망을 통해 송수신되는 신호를 증폭 및 중계할 수 있도록 하는 LoRa 중계기를 새롭게 제안하고, 이를 통해 음영 지역 발생 또는 통신 거리 증대에 따른 통신 품질 저하를 최소화할 수 있도록 하는 LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 제1 주파수를 사용하는 제1 LoRa 통신망을 통해 감시 데이터를 송신하거나 제어 신호를 수신하는 RTU(Remote Terminal Unit); 제1 LoRa 통신망을 통해 전송되는 신호를 수신 및 증폭한 후 제2 주파수로 주파수 변환하여 제2 주파수를 사용하는 제2 LoRa 통신망으로 재전송하고, 제2 LoRa 통신망을 통해 전송되는 신호를 수신 및 증폭한 후 제2 주파수로 주파수 변환하여 제1 LoRa 통신망로 재전송하는 LoRa 중계기; 제2 LoRa 통신망을 통해 전송되는 감시 데이터를 수신하여 인터넷망에 전달하거나, 상기 인터넷망을 통해 전송되는 제어 신호를 수신하여 제2 LoRa 통신망으로 전달하는 게이트웨이; 및 인터넷망을 통해 전송되는 감시 데이터에 기반하여 원격 감시 및 제어 동작을 수행하고 제어 신호를 생성 및 출력하는 감시 서버를 포함하는 LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템을 제공한다.
상기 LoRa 중계기는 제1 LoRa 통신망을 통한 신호 송수신을 수행하는 제1 LoRa 통신 모듈; 제2 LoRa 통신망을 통한 신호 송수신을 수행하는 제2 LoRa 통신 모듈; 제1 LoRa 통신망 또는 제2 LoRa 통신망을 통해 수신한 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기를 통해 증폭된 신호의 주파수를 제1 주파수에서 제2 주파수로 변환한 후 제2 LoRa 통신망으로 출력하는 제1 주파수 변환부; 및 상기 증폭기를 통해 증폭된 신호의 주파수를 제2 주파수에서 제1 주파수로 변환한 후 제1 LoRa 통신망으로 출력하는 제2 주파수 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 감시 서버는 LoRa 중계기가 신설 또는 위치 변경되는 경우, 테스트 신호를 송수신하여 통신 품질을 확인하고 LoRa 중계기의 오설치 여부를 판단 및 통보하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면 태양광 감시 시스템의 다수의 RTU(Remote Terminal Unit)와 게이트웨이 사이에 삽입 설치되는 LoRa 중계기는, 제1 LoRa 통신망을 통해 상기 다수의 RTU 각각과 통신하는 제1 LoRa 통신 모듈; 제2 LoRa 통신망을 통해 상기 게이트웨이와 통신하는 제2 LoRa 통신 모듈; 제1 LoRa 통신망 또는 제2 LoRa 통신망을 통해 수신한 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기를 통해 증폭된 신호의 주파수를 제1 주파수에서 제2 주파수로 변환한 후 제2 LoRa 통신망으로 출력하는 제1 주파수 변환부; 및 상기 증폭기를 통해 증폭된 신호의 주파수를 제2 주파수에서 제1 주파수로 변환한 후 제1 LoRa 통신망으로 출력하는 제2 주파수 변환부를 포함할 수 있다.
본 발명은 LoRa 중계기를 통해 LoRa 통신망을 통해 송수신되는 신호를 증폭 및 중계할 수 있도록 함으로써, 음영 지역 발생 또는 통신 거리 증대에 따른 통신 품질 저하를 최소화할 수 있도록 해준다.
그리고 RTU와 LoRa 중계기간에 송수신되는 신호와 LoRa 중계기와 게이트웨이간에 송수신되는 신호가 서로 상이한 주파수를 사용하도록 함으로써, 신호 혼선 가능성 또한 사전 차단할 수 있도록 해준다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 LoRa 중계기의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 서버를 설명하기 위한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 LoRa 중계기의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 서버를 설명하기 위한 도면이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 m(m은 자연수)개의 RTU(110), n(n은 m 보다 작은 자연수)개의 LoRa 중계기(120), 게이트웨이(130) 및 감시 서버(140) 등을 포함한다.
그리고 RTU(110)와 LoRa 중계기(120)간에는 제1 주파수를 사용하는 제1 LoRa 통신망이 구성되고, LoRa 중계기(120)와 게이트웨이(130) 간에는 제2 주파수를 사용하는 제2 LoRa 통신망이 구성되고, 게이트웨이(130)와 감시 서버(140)간에는 인터넷 통신망이 구성되도록 한다.
특히, LoRa 중계기(120)를 통해 신호 구간별로 서로 상이한 주파수를 사용하는 LoRa 통신망을 구성함으로써, RTU(110)와 LoRa 중계기(120)간에 송수신되는 신호와 LoRa 중계기(120)와 게이트웨이(130)간에 송수신되는 신호가 서로 혼선될 가능성을 사전 차단할 수 있도록 한다.
이에 RTU(110)는 접속함 또는 인버터에 내장 접속함 또는 인버터와 RS-485 통신 방식으로 통신하여 감시 데이터를 생성한 후 제1 주파수를 사용하는 제1 LoRa 통신망을 통해 감시 서버(140)쪽으로 전송하거나, 제1 LoRa 통신망을 통해 감시 서버(140)가 전송하는 제어 신호를 수신 및 분석하여 제어 신호에 상응하는 후속 작업을 수행하도록 한다.
LoRa 중계기(120)는 제1 주파수(예를 들어, 950MHz)를 사용하는 제1 LoRa 통신망과 제2 주파수(예를 들어, 921MHz)를 사용하는 제2 LoRa 통신망을 모두 구성한다. 그리고 제1 및 제2 LoRa 통신망을 통해 수신되는 신호를 증폭하되, 신호 주파수가 제1 주파수인 경우엔 제2 주파수로 변환하여 제2 LoRa 통신망으로 재전송하고, 신호 주파수가 제2 주파수인 경우엔 제2 주파수로 변환하여 제2 LoRa 통신망으로 재전송하도록 한다.
게이트웨이(130)는 제2 LoRa 통신망을 통해 전송되는 RTU(110)의 감시 데이터를 수신한 후 인터넷 통신망을 통해 감시 서버(140)에 전달하거나, 인터넷 통신망을 통해 전송되는 감시 서버(140)의 제어 신호를 제2 LoRa 통신망을 통해 RTU(110)쪽으로 송신하도록 한다.
감시 서버(140)는 인터넷 통신망을 통해 게이트웨이(130)가 전달하는 RTU(110)의 감시 데이터를 수신 및 저장하고, 이를 기반으로 접속함 또는 인버터의 현재 동작 상태를 원격 감시하도록 한다. 그리고 사용자 요청 또는 원격 감시 결과에 상응하는 제어 신호를 생성하여 RTU(110)에 제공하는 원격 제어 동작도 수행할 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명에서는 RTU(110)와 게이트웨이(130) 사이에 LoRa 중계기(120)를 삽입하여, RTU(110)와 게이트웨이(130)간에 송수신되는 신호를 수신 및 증폭하여 전달함으로써, 음영 지역 발생 및 통신 거리 증가로 인한 통신 품질 저하 현상의 발생 가능성이 최소화되도록 한다.
또한 본 발명에서는 신호 구간을 RTU(110)와 LoRa 중계기(120)간의 신호 구간, LoRa 중계기(120)들간 또는 LoRa 중계기(120)와 게이트웨이(130)간의 신호 구간으로 구분한 후, 신호 구간별로 서로 상이한 주파수를 사용하도록 함으로써, RTU(110)와 LoRa 중계기(120)간에 송수신되는 신호와 LoRa 중계기(120)와 게이트웨이(130)간에 송수신되는 신호가 서로 혼선될 가능성을 사전 차단할 수 있도록 한다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 LoRa 중계기의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 LoRa 중계기(120)는 제1 LoRa 통신 모듈(121), 제2 LoRa 통신 모듈(122), 증폭부(123), 제1 주파수 변환부(124) 및 제2 주파수 변환부(124) 등을 포함한다.
제1 LoRa 통신 모듈(121)은 제1 주파수를 이용하는 제1 LoRa 통신망을 구성하고, 이를 통해 RTU(110)로부터 전송되는 신호를 수신 및 저장하거나, RTU(110)로 전송할 신호를 출력하도록 한다.
제2 LoRa 통신 모듈(122)는 제2 주파수를 이용하는 제2 LoRa 통신망을 구성하고, 이를 통해 다른 LoRa 중계기(120) 또는 게이트웨이(130)로부터 전송되는 신호를 수신 및 저장하거나, 다른 LoRa 중계기(120) 또는 게이트웨이(130)로 전송할 신호를 출력하도록 한다.
증폭부(123)는 제1 LoRa 통신 모듈(121) 및 제2 LoRa 통신 모듈(122)을 통해 수신한 신호 모두를 기 설정된 신호 크기로 증폭한다.
제1 주파수 변환부(124)는 증폭부(123)를 통해 증폭된 신호의 주파수를 제1 주파수에서 제2 주파수로 변환하여, 제2 LoRa 통신 모듈(122)에 전달한다.
제2 주파수 변환부(125)는 증폭부(123)를 통해 증폭된 신호의 주파수를 제2 주파수에서 제1 주파수로 변환하여, 제1 LoRa 통신 모듈(121)에 전달한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 서버를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 감시 서버(140)는 인터넷 통신모듈(141), 통신 품질 평가부(142) 및 감시 지원부(143) 등을 포함한다.
인터넷 통신모듈(141)은 TCP/IP 데이터 통신망과 같은 인터넷 통신망을 통해 게이트웨이(130)와 통해 통신하여 RTU(110)의 송신 신호를 수신 및 저장하거나, RTU(110)로 전송할 신호를 출력하도록 한다.
통신 품질 평가부(142)는 LoRa 중계기(120)가 신설 또는 위치 변경될 때마다 테스트 신호를 송수신하여 통신 품질을 확인하고, 통신 품질이 기 설정치 이하인 경우에는 LoRa 중계기(120)의 오설치를 확인 및 통보하도록 할 수 있도록 한다.
보다 구체적으로, LoRa 중계기(120)가 신설 또는 위치 변경되면, 통신 품질 평가부(142)는 테스트 신호를 생성하여 기 등록된 RTU(110) 모두에 전송하고, 테스트 신호를 수신한 RTU(110)는 이에 응답하여 응답 신호를 생성하여 피드백하도록 한다. 그리고 통신 품질 평가부(142)는 응답 신호 모두를 수신 및 분석하여, 응답 신호를 보내지 못한 RTU(110)가 있거나, 설정치보다 작은 신호 크기를 가지는 응답 신호를 전송하는 RTU(110)가 있는 지 확인하여, 해당 LoRa 중계기(120)의 오설치 여부를 판단 및 통보하도록 한다.
감시 지원부(143)는 RTU(110)의 송신 신호에 수집 및 분석하여 접속함 또는 인버터의 동작 상태를 파악하고, 이를 시청각화하여 사용자 안내하도록 한다.
또한 사용자 요청 또는 감시 분석 결과에 기반하여 RTU(110), 접속함, 인버터 등을 원격으로 동작 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 이를 인터넷 통신모듈(141)을 통해 RTU(110)쪽으로 출력하도록 한다.
즉, 본 발명의 감시 서버는 기존의 감시 동작 이외에 LoRa 중계기 설치 위치에 따른 통신 품질 평가 동작을 추가적으로 수행함으로써, LoRa 중계기가 최적의 통신 품질을 보장하는 위치에 신설 또는 위치 변경될 수 있도록 해준다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
Claims (4)
- 제1 주파수를 사용하는 제1 LoRa 통신망을 통해 감시 데이터를 송신하거나 제어 신호를 수신하는 다수의 RTU(Remote Terminal Unit);
제1 LoRa 통신망을 통해 전송되는 신호를 수신 및 증폭한 후 제2 주파수로 주파수 변환하여 제2 주파수를 사용하는 제2 LoRa 통신망으로 재전송하고, 제2 LoRa 통신망을 통해 전송되는 신호를 수신 및 증폭한 후 제2 주파수로 주파수 변환하여 제1 LoRa 통신망로 재전송하는 LoRa 중계기;
제2 LoRa 통신망을 통해 전송되는 감시 데이터를 수신하여 인터넷망에 전달하거나, 상기 인터넷망을 통해 전송되는 제어 신호를 수신하여 제2 LoRa 통신망으로 전달하는 게이트웨이; 및
인터넷망을 통해 전송되는 감시 데이터에 기반하여 원격 감시 및 제어 동작을 수행하고 제어 신호를 생성 및 출력하는 감시 서버를 포함하는 LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 LoRa 중계기는
제1 LoRa 통신망을 통한 신호 송수신을 수행하는 제1 LoRa 통신 모듈;
제2 LoRa 통신망을 통한 신호 송수신을 수행하는 제2 LoRa 통신 모듈;
제1 LoRa 통신망 또는 제2 LoRa 통신망을 통해 수신한 신호를 증폭하는 증폭기;
상기 증폭기를 통해 증폭된 신호의 주파수를 제1 주파수에서 제2 주파수로 변환한 후 제2 LoRa 통신망으로 출력하는 제1 주파수 변환부; 및
상기 증폭기를 통해 증폭된 신호의 주파수를 제2 주파수에서 제1 주파수로 변환한 후 제1 LoRa 통신망으로 출력하는 제2 주파수 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 감시 서버는
LoRa 중계기가 신설 또는 위치 변경되는 경우, 테스트 신호를 송수신하여 통신 품질을 확인하고 LoRa 중계기의 오설치 여부를 판단 및 통보하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템. - 태양광 감시 시스템의 다수의 RTU(Remote Terminal Unit)와 게이트웨이 사이에 삽입 설치되는 LoRa 중계기에 있어서,
제1 LoRa 통신망을 통해 상기 다수의 RTU 각각과 통신하는 제1 LoRa 통신 모듈;
제2 LoRa 통신망을 통해 상기 게이트웨이와 통신하는 제2 LoRa 통신 모듈;
제1 LoRa 통신망 또는 제2 LoRa 통신망을 통해 수신한 신호를 증폭하는 증폭기;
상기 증폭기를 통해 증폭된 신호의 주파수를 제1 주파수에서 제2 주파수로 변환한 후 제2 LoRa 통신망으로 출력하는 제1 주파수 변환부; 및
상기 증폭기를 통해 증폭된 신호의 주파수를 제2 주파수에서 제1 주파수로 변환한 후 제1 LoRa 통신망으로 출력하는 제2 주파수 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LoRa 중계기.
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KR1020210161255A KR20230076889A (ko) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020210161255A KR20230076889A (ko) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템 |
Publications (1)
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KR20230076889A true KR20230076889A (ko) | 2023-06-01 |
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Family Applications (1)
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KR1020210161255A KR20230076889A (ko) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | LoRa 기반 다중 홉 통신 방식의 태양광 감시 시스템 |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR20230076889A (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102633560B1 (ko) * | 2023-10-18 | 2024-02-05 | (주)화신코리아 | 중계부를 통해 통신 속도가 향상되는 로라 통신 시스템 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101539998B1 (ko) | 2013-05-23 | 2015-07-29 | 주식회사 하이메틱스 | 태양광발전모니터링방법 및 모니터링시스템 |
-
2021
- 2021-11-22 KR KR1020210161255A patent/KR20230076889A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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KR101539998B1 (ko) | 2013-05-23 | 2015-07-29 | 주식회사 하이메틱스 | 태양광발전모니터링방법 및 모니터링시스템 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102633560B1 (ko) * | 2023-10-18 | 2024-02-05 | (주)화신코리아 | 중계부를 통해 통신 속도가 향상되는 로라 통신 시스템 |
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