KR20230099296A - The system for managing photovoltaic power generation using LoRa and beacon communication - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LoRa 통신과 Beacon을 이용한 태양광 접속함 관리 시스템이다.
상술한 본 발명에 따르면, 태양광 접속함의 실시간 상태 정보를 원거리 통신 기반으로 모니터링하면서, 불안정한 통신 상황에서는 관리자가 확인하고자 하는 접속함 식별정보를 근거리에서 획득하여 상태정보를 확인할 수 있어 통신상황에 따른 단절없이 태양광 접속함 관리의 지속성을 확보할 수 있다.The present invention is a solar junction box management system using LoRa communication and Beacon.
According to the present invention described above, while monitoring the real-time status information of the solar junction box based on long-distance communication, in an unstable communication situation, it is possible to obtain the junction box identification information that the manager wants to check at a short distance and check the status information. It is possible to secure the continuity of solar junction box management without disconnection.
Description
본 발명은 LoRa 통신과 Beacon을 이용한 태양광 접속함 관리 시스템으로서, 보다 상세하게는 LoRa 통신과 Beacon 기반으로 태양광 접속함을 관리하는, LoRa 통신과 Beacon을 이용한 태양광 접속함 관리 시스템이다.The present invention is a solar junction box management system using LoRa communication and Beacon, and more specifically, a solar junction box management system using LoRa communication and Beacon that manages a solar junction box based on LoRa communication and Beacon.
일반적으로 태양광 발전 시스템은 태양광 에너지를 직류 전기로 바꾸어 전력을 생산하기 위한 것으로서, 다수의 태양전지들이 스트링 결선에 의해 어레이된 태양광 모듈을 이용하여 전기를 대규모로 생산하는 발전설비이다.In general, a photovoltaic power generation system is for generating electric power by converting solar energy into DC electricity, and is a power generation facility that produces electricity on a large scale using a photovoltaic module in which a plurality of solar cells are arrayed by a string connection.
이러한 태양광 발전 시스템은 태양광을 받아 직류전기를 발생시키는 태양광모듈 어레이와, 상기 태양광모듈 어레이에서 발생된 직류 전기를 단위 스트링별로 모을 수 있도록 연결되는 접속반과, 상기 접속반에 모인 전체 직류 전기를 교류 전기로 변환시키는 인버터와, 상기 인버터를 통해 변환된 교류 전기를 한전계통에 보내는 분전반 등을 포함하는 구성으로 이루어진다.This photovoltaic power generation system includes a photovoltaic module array that receives sunlight and generates DC electricity, a junction board connected to collect DC electricity generated from the photovoltaic module array for each unit string, and all DC gathered in the junction board It consists of a configuration including an inverter that converts electricity into AC electricity, and a distribution panel that sends the AC electricity converted through the inverter to a power grid.
상기 각 태양광 모듈 어레이는 대부분이 다수의 태양광모듈을 직렬로 연결하고, 이러한 각 어레이를 다시 접속반에서 병렬 연결하는 형태로 구성하고 있다. Most of the photovoltaic module arrays are configured in such a way that a plurality of photovoltaic modules are connected in series, and each array is connected in parallel in a connection board.
이때, 상기 다수의 태양광 모듈이 직렬 연결되는 각 어레이에서 발전을 시작하면, 각각의 단위 스트링을통해 전류가 흐르게 되고 이와 동시에 접속반에서는 각각의 단위 스트링별로 전류를 수집하여 전송하게 되며, 통상 접속반을 통하여 각 어레이별 전류와 전압 및 전력 등을 모니터링하고 있다.At this time, when the plurality of photovoltaic modules start generating power in each array connected in series, current flows through each unit string, and at the same time, the connection board collects and transmits current for each unit string, and normal connection The current, voltage, and power of each array are monitored throughout the panel.
하지만, 종래 태양광 발전 설비는 기 구축된 태양광 발전설비에 있어 설치에 따른 시간경과로 인해 노후화가 많이 이루어지고 있는데, 설비의 상태에 대한 단순 모니터링과 설비의 고장시 단순 유지보수만을 수행하고 있으며, 보다 구체적인 유지보수 및 관리 등에 실증이 부재하는 등 실질적인 해결이 되지 못하고 있는 실정이다. However, conventional photovoltaic power generation facilities are deteriorating due to the passage of time due to installation in pre-built photovoltaic power generation facilities. However, there is no practical solution, such as the absence of demonstration in more specific maintenance and management.
또한, 각 태양광모듈에 있어 태양광에 의한 자외선 노출로 인해 자연적인 효율 감소가 이루어지고 있고, 태양전지 셀의 열화 등 여러가지 고장 원인으로 인해 태양광 모듈별 발전효율이 떨어져 생산 전력이 감소하고 있다.In addition, in each photovoltaic module, natural efficiency is reduced due to exposure to ultraviolet rays by sunlight, and due to various causes of failure such as deterioration of the solar cell, the power generation efficiency of each photovoltaic module decreases, resulting in a decrease in power production. .
또한, 최근 대규모 태양광 발전설비들은 경년 열화로 인한 태양광 모듈 측 셀의 이상으로 태양광모듈의 열화를 가속시키고 있고, 이에 출력이 감소되는 PID(Potential Induced Degradation) 현상으로 인해 태양광모듈의 성능에 악영향을 미치는 사례가 발생하고 있으며, 기 구축된 태양광 발전설비에 대한 여러가지 문제점이 도출되고 있다. In addition, recently, large-scale photovoltaic power generation facilities are accelerating the deterioration of the photovoltaic module due to cell abnormalities on the photovoltaic module side due to aging, and the performance of the photovoltaic module due to the PID (Potential Induced Degradation) phenomenon in which the output is reduced. There are cases that adversely affect the solar power generation facilities, and various problems have been derived for the previously built photovoltaic power generation facilities.
이에 따라, 태양광 발전설비의 고장 및 이상유무를 정확히 진단하고 예상할 수 있으며, 기존은 물론 신규 태양광 발전설비에 대해서도 운용효율을 높일 수 있도록 하면서 유지보수 및 관리에 따른 효율성까지 향상시킬 수 있도록 하는 태양광 접속함 관리 시스템이 요구되고 있다.Accordingly, it is possible to accurately diagnose and predict failures and abnormalities of photovoltaic power generation facilities, and to improve operational efficiency for existing as well as new photovoltaic power generation facilities as well as to improve efficiency in maintenance and management. There is a demand for a solar junction box management system that does.
한편, 태양광 접속함 관리 시스템은 통신이 불안정한 지역에 설치된 경우가 많아 유선 또는 무선통신을 이용한 태양광 접속함 관리 시스템이 적합한 성능으로 작동하고 있는지 또는 문제 발생으로 인해 태양광 발전의 효율성이 떨어지고 있는지에 대해 파악할 수 없어 그 운용과 관리적 측면에서 불편함이 많다. On the other hand, since the solar junction box management system is often installed in areas where communication is unstable, it is possible to check whether the solar junction box management system using wired or wireless communication is operating with proper performance or the efficiency of solar power generation is declining due to a problem. There are many inconveniences in terms of operation and management because it is not possible to understand the
특히, 국내의 육상형 태양광 발전소는 노지 산간에 많이 설치되고 있어 안전관리자가 현장 설비 접속함의 육안 점검시 많은 시간과 노력이 필요하며, 이를 해결하기 위해 채용한 태양광 접속함 관리 시스템에서 적용하는 기존의 RS-485 방식의 유선통신은 고압 노이즈, 통신선 단선 등으로 통신이 불가능해지는 경우가 많으며, 발전소 인근에서 지락이 발생될 경우 설비 파손이 되는 등의 문제점이 발생한다. In particular, since many land-type solar power plants in Korea are installed in mountainous areas, safety managers need a lot of time and effort for visual inspection of on-site facility junction boxes. Existing RS-485 method wired communication often becomes impossible due to high voltage noise, disconnection of communication lines, etc., and when a ground fault occurs near a power plant, problems such as damage to facilities occur.
따라서, 대규모 태양광 설비 네트워크를 관리하는 태양광 접속함 관리 시스템에 있어서, 원거리 통신이 원활하지 않은 상황에서도 태양광 접속함 관리를 능동적으로 수행할 수 있는 태양광 접혹함 관리 시스템의 개발이 필요하다.Therefore, in a solar junction box management system that manages a large-scale solar facility network, it is necessary to develop a solar junction box management system capable of actively managing a solar junction box even in a situation where long-distance communication is not smooth. .
본 발명의 일 측면에 따르면, LoRa 통신과 Beacon 기반으로 태양광 접속함을 관리하는 태양광 접속함 관리 시스템을 제공하고자 한다. According to one aspect of the present invention, it is intended to provide a solar junction box management system that manages a solar junction box based on LoRa communication and Beacon.
본 발명의 일 측면에 따른 태양광 접속함 관리 시스템은, 태양광 설비에 설치되는 태양광 접속함의 상태정보를 LoRa 통신과 Beacon 통신을 통하여 원거리 웹 서비스와 근거리 앱 서비스로 송신함으로써 원거리 통신이 원활하지 않은 상황에서도 태양광 접속함 관리를 능동적으로 수행하는 태양광 접속함 관리 시스템을 제공한다.The solar junction box management system according to an aspect of the present invention transmits status information of a solar junction box installed in a solar facility to a long-distance web service and a short-range app service through LoRa communication and Beacon communication, so that long-distance communication is not smooth. Provided is a solar junction box management system that actively performs solar junction box management even in a non-defective situation.
상술한 본 발명에 따르면, 태양광 접속함의 실시간 상태 정보를 원거리 통신 기반으로 모니터링하면서, 불안정한 통신 상황에서는 관리자가 확인하고자 하는 접속함 식별정보를 근거리에서 획득하여 상태정보를 확인할 수 있어 통신상황에 따른 단절없이 태양광 접속함 관리의 지속성을 확보할 수 있다.According to the present invention described above, while monitoring the real-time status information of the solar junction box based on long-distance communication, in an unstable communication situation, it is possible to obtain the junction box identification information that the manager wants to check at a short distance and check the status information. It is possible to secure the continuity of solar junction box management without disconnection.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 접속함 관리 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 태양광 접속함의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3 은 도 1 에 도시된 관제 서버의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4 는 도 1 에 도시된 태양광 접속함 관리 시스템에서 태양광 접속함을 관리하는 과정을 모식화한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a solar junction box management system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing the configuration of the solar junction box shown in FIG. 1;
3 is a block diagram showing the configuration of the control server shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a process of managing a solar junction box in the solar junction box management system shown in FIG. 1 .
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed description of the present invention which follows refers to the accompanying drawings which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable one skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in another embodiment without departing from the spirit and scope of the invention in connection with one embodiment. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all equivalents as claimed by those claims. Like reference numbers in the drawings indicate the same or similar function throughout the various aspects.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 접속함 관리 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 도 2 는 도 1 에 도시된 태양광 접속함의 구성을 도시한 블록도이며, 도 3 은 도 1 에 도시된 관제 서버의 구성을 도시한 블록도이고, 도 4 는 도 1 에 도시된 태양광 접속함 관리 시스템에서 태양광 접속함을 관리하는 과정을 모식화한 도면이다. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a solar junction box management system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the solar junction box shown in FIG. 1, and FIG. 3 is FIG. is a block diagram showing the configuration of the control server shown in , and FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a process of managing a solar junction box in the solar junction box management system shown in FIG. 1 .
본 실시예에 따른 태양광 접속함 관리 시스템은 태양광 접속함 기기(100), 관제서버(200) 및 관리자 단말(300)을 포함한다.The solar junction box management system according to this embodiment includes a solar
태양광 접속함 기기(100)는 태양광 모듈에서 생산된 전력을 한군데로 모아 인버터에 전달하는 설비로서, 통신 모듈(110), 제어 모듈(120) 및 센서 모듈(130)을 포함한다.The solar
통신 모듈(110)은 관제 서버(200)와 관리자 단말(300)과의 통신을 지원하는 모듈로서, 특히 본 실시예에 따른 통신 모듈(110)은 LoRa 통신과 Beacon 통신 모듈이 일체형으로 결합된 일체형 모뎀으로 구성될 수 있다. The
보다 구체적으로, 통신 모듈(110)은 관제서버(200)와의 통신하여 원거리 웹서비스를 제공하기 위한 LoRa 통신 모듈을 포함한다. LoRa 통신 모듈은 장거리 무선통신인 비면허대역 LoRa 망을 이용하여 LPWA(Low Power Wide Area) 통신을 수행한다. More specifically, the
또한, 통신 모듈(110)은 원거리 통신단락시 정보송수신이 가능하도록 마련된 Beacon 통신 모듈을 더 포함한다. Beacon 통신 모듈은 반경 50 내지 70 미터 범위 내에 있는 사용자의 위치를 찾아 메시지를 전송하거나 모바일 결재를 가능하게 하는 스마트폰 기반의 근거리 무선 통신 모듈로서, 본 실시예에 따른 Beacon 통신 모듈은 태양광 접속함 기기(100)의 식별정보를 포함하는 UUID 정보와 태양광 접속함 기기(100)의 상태 요약정보를 포함하는 ADUDATA 정보를 송신한다. 이로써, 원거리 LoRa 통신이 원활하지 않은 상황에서도 태양광 접속함 기기(100) 능동적으로 관리할 수 있게 지원한다. In addition, the
제어모듈(120)은 태양광 접속함 기기(100)의 전반적인 프로세스를 제어하는 모듈로서, 센서 모듈(130)에서 센싱된 정보를 기초로 태양광 접속함 기기(100)의 현재 상태에 대한 상세정보 및 요약정보를 생성하고, 이를 가능한 통신 상태에 따라 통신모듈(110)을 통해 전송하도록 제어한다. The
보다 구체적으로, 본 실시예에 다른 제어모듈(120)은 태양광 발전 시스템의 전반적인 상황을 모니터링하는데, 보다 상세하게는, 발전계통의 고장구간을 모니터링하며, 각 스트링별 전류와 전압을 감시하여 선로 이상여부를 모니터링한다. 또한, 제어모듈(122)은 태양광 접속함 기기(100) 내부의 보호기를 동작시켜 역전류 방지 및 지락 등 계통 설비를 보호하도록 제어하고, 각종 센서신호를 인버터 또는 관제서버(200)에 전달하도록 제어한다. More specifically, the
센서모듈(130)은 태양광 접속함 기기(100)의 현재 상태를 센싱하기 위한 모듈로서, 전류, 전압센서, 온도센서, 습도센서, 일사량센서, 풍속센서 등의 기상환경센서를 포함하며 이에 한정되지 않고 태양광 접속함 기기(100)의 현재 상태를 센싱하기 위해 필요한 센서라면 이에 포함될 수 있음은 물론이다.The
관제 서버(200)는 태양광 접속함 기기(100) 및 관리자 단말(300)과 네트워크로 연결되어 태양광 접속함 기기(100)의 식별정보에 대응되는 상세정보를 관리하며 이를 표시한다.The
보다 구체적으로, 관제 서버(200)는 통신 모듈(210)을 통해, 태양광 접속함 기기(100)와 LoRa 통신에 기반하여 상세정보를 수신한다. 이를 위해, 통신 기지국망이 필요없고 저전력 무선통신을 가능하게 하며 데이터 전송의 신뢰성 및 확장성을 제공하는 LoRa 통신을 중개하는 LoRa 게이트웨이(미도시)로부터 태양광 접속함 기기(100)의 식별정보 및 상세정보를 수신한다.More specifically, the
관제 서버(200)는 실시간으로 및/또는 미리 설정된 주기마다 수신된 태양광 접속함 기기(100)의 정보로부터 태양광 접속함 기기(100)를 식별하는 태양광 접속함 식별 모듈(220)과, 상기 식별된 태양광 접속함 기기(100)에 대한 상세정보를 매칭하여 태양광 접속함 기기(100)의 현재 상태를 모니터링하고 이를 출력하는 태양광 접속함 모니터링 모듈(230)을 포함한다. 이러한 태양광 접속함 모니터링 모듈(230)은 태양광 접속함 기기(100)의 위치, ID, 태양광 접속함 기기(100)의 현재 상태, 전류/전압 상태, 장치 이상 유무를 모니터링한다. The
관리자 단말(300)은 태양광 접속함 기기(100) 및 관제 서버(200)와 데이터를 주고받는 일련의 과정을 수행할 수 있다. 이러한 관리자 단말(300)은 무선 인터넷 또는 휴대 인터넷을 통하여 통신하는 개인용 디지털 보조기(PDA:Personal Disital Assistant), 스마트폰(Smart phone), 왑폰(WAP phone: Wireless application protocol phone) 등 서버 장치(200)에 접속하기 위한 통신모듈, 표시장치, 및 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다. The
특히, 본 실시예에 따른 관리자 단말(300)은 Beacon 통신기반으로 태양광 접속함 기기(100)와 통신하여 태양광 접속함 기기(100)로부터 식별정보와 요약정보를 수신한다. 이로써, 원거리 통신이 불가능한 상황에서도 관리자 단말(300)을 통해 직접 태양광 접속함 기기(100)의 정상 작동여부가 진단될 수 있다. 또한, 관리자 단말(300)은 이러한 태양광 접속함 기기(100)의 식별정보와 요약정보를 관제 서버(200)측에 전송할 수 있고, 관제 서버(200)측에 해당 식별정보에 대응하는 상세정보를 요청할 수 있다. In particular, the
상술한 본 발명에 따르면, 태양광 접속함 기기(100)의 실시간 상태 정보를 원거리 통신 기반으로 모니터링하면서, 불안정한 통신 상황에서는 관리자가 확인하고자 하는 태양광 접속함 기기(100)의 식별정보를 근거리에서 획득하여 상태정보를 확인할 수 있어 통신상황에 따른 단절없이 태양광 접속함 기기(100) 관리의 지속성을 확보할 수 있다. According to the present invention described above, while monitoring the real-time status information of the solar
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments, it will be understood that those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will be able to.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20211227 |
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PG1501 | Laying open of application |