KR20240030429A - 태양광 발전 모니터링 시스템 - Google Patents

태양광 발전 모니터링 시스템 Download PDF

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KR20240030429A
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윤현희
김성광
정동진
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Abstract

본 발명의 태양광 발전 모니터링 시스템은 입사된 태양광을 이용하여 전기를 생성하는 태양광 발전모듈의 인접한 거리에 설치되어서 해당 태양광 발전모듈의 주위 환경정보를 측정하는 통합센서유닛과 통합센서유닛에 연결되어 해당 통합센서유닛의 주위 환경정보를 전송하는 통신모듈 및 통신모듈에서 전송된 주위 환경정보를 수신하고, 주위 환경정보를 바탕으로 발전량을 예측하기 위해 기 구축된 신경망 모델에 적용하여 해당 태양광 발전모듈의 발전 예측량을 산출하는 산출모듈을 구비한다.
본 발명에 따르면 태양광 발전 모니터링 시스템은 태양광 발전모듈 주위의 환경정보를 측정하고, 측정된 환경정보를 신경망 모델에 적용하여 해당 태양광 발전모듈의 발전 예측량을 산출하여 제공하므로 관리자가 보다 용이하고 효율적으로 전력을 소비자에게 공급할 수 있다는 장점이 있다.

Description

태양광 발전 모니터링 시스템{Solar Power Monitoring System}
본 발명은 태양광 발전 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전모듈 주위 환경정보를 신경망 모델에 적용하여 해당 태양광 발전모듈의 발전량을 예측할 수 있어 해당 태양광 발전모듈의 유지 및 보수가 용이한 태양광 발전의 유지 및 보수를 위한 태양광 발전 모니터링 시스템에 관한 것이다.
최근 화석 연료의 고갈이 우려되고, 화석 연료의 사용으로 인한 지구의 환경오염 문제가 중요한 문제로 부각되면서 태양광, 풍력, 조력 등을 이용하는 친환경성 발전설비에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다.
친환경성 발전설비 중 태양광발전 시스템은 운전방식에 따라 계통연계형 시스템과 독립형 시스템으로 구분된다. 계통 연계형 태양광 발전 시스템은 크게 태양전지 모듈의 직병렬 조합인 태양광 어레이, 회로 단순화를 위한 접속반, 상용전력계통에 맞는 전압 및 주파수를 일치시켜 공급하기 위한 계통연계형 인버터, 저압에서 특고압으로의 변압기능 및 계통보호기능을 갖춘 수배전설비(발전출력 200kWp 이상)로 구성된다.
한편, 최근에는 태양광 발전시스템의 공급이 급증함에 따라, 원격으로 태양광 발전시스템 전체의 운전상태를 계측하고 모니터링하여 운영할 필요성이 매우 커졌다. 즉, 태양광 발전시스템을 구성하는 태양전지 모듈, 인버터 및 교류배전반에 반드시 필요한 신호를 각각 검출하여 하나의 통합 시스템에서 모니터링하여 이격된 지역의 관리자가 모니터링 및 운영상태가 확인될 수 있어야 한다.
기술된 문제를 해결하기 위해서 태양광 발전을 모니터링하기 위한 관련 선행기술들이 제안되었다.
제안된 선행기술의 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템(한국 등록특허 10-1720669호)는 본 발명은 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 태양광 추적부를 원격으로 제어하고 모니터링할 수 있도록 구성함으로써 태양전지 어레이의 위치조정상태를 관리자가 설치 현장에 직접 방문할 필요 없이 원격으로 관리할 수 있도록 하고, 일몰 또는 기상악화로 인하여 일정량의 입사각 확보가 어려운 경우 전원공급부에 기 저장된 상시전원을 이용하여 전력을 공급함으로써 태양광 추적부에 별도의 전력선로를 배치할 필요가 없도록 하고, 배선은 장치 내부로 연결함으로써 외부 배선을 최소화하고, 장치 내부 사용 환경의 온도 및 습도를 제어하여 사용 환경을 향상시켜 시스템의 수명을 연장할 수 있도록 하는 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템에 관한 것이다.
그러나, 종래의 태양광 발전 장치는 단순히 장치의 현재 발전량에 대한 정보만을 획득할 수 있고, 발전량에 대한 보다 정확한 예측이 어려워 태양광 발전장치를 효율적으로 유지하거나 보수하는데 어려움이 있다.
한국 등록특허 10-1720669호 : 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서 태양광 발전모듈 주위의 환경정보를 측정하고, 측정된 환경정보를 신경망 모델에 적용하여 해당 태양광 발전모듈의 발전량을 예측하기 위한 태양광 발전 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 태양광 발전 모니터링 시스템은 입사된 태양광을 이용하여 전기를 생성하는 태양광 발전모듈의 인접한 거리에 설치되어서 해당 태양광 발전모듈의 주위 환경정보를 측정하는 통합센서유닛과 상기 통합센서유닛에 연결되어 해당 통합센서유닛의 주위 환경정보를 전송하는 통신모듈 및 상기 통신모듈에서 전송된 주위 환경정보를 수신하고, 상기 주위 환경정보를 바탕으로 발전량을 예측하기 위해 기 구축된 신경망 모델에 적용하여 해당 태양광 발전모듈의 발전 예측량을 산출하는 산출모듈을 구비한다.
상기 통합센서유닛은 상기 태양광 발전모듈로 입사되는 태양광의 일사량을 측정하는 일사량 측정센서와 상기 태양광 발전모듈 주위의 기온 및 습도를 측정하는 온습도 센서 및 상기 태양광 발전모듈 주위의 풍량을 측정하는 풍량센서를 구비한다.
상기 산출모듈은 상기 통신모듈에서 제공된 주위 환경정보를 바탕으로 기 구축된 신경망 모델을 이용하여 해당 태양광 발전모듈의 발전 예측량을 산출하는 연산부 및 상기 연산부에서 산출된 발전 예측량 및 상기 태양광 발전모듈의 발전정보를 상기 태양광 발전모듈을 관리하는 관리자에게 제공하는 정보제공부를 더 구비한다.
본 발명의 태양광 발전 모니터링 시스템은 태양광 발전모듈 주위의 환경정보를 측정하고, 측정된 환경정보를 기 구축된 신경망 모델에 적용하여 해당 태양광 발전모듈의 발전 예측량을 산출하여 제공하므로써 생산된 전기를 용이하고 효율적으로 공급할 수 있다는 장점이 있다.
도 1는 본 발명에 태양광 발전 모니터링 시스템의 일 실시예의 따른 개념도이고,
도 2는 도 1의 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 모니터링 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 대하여, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있다는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명에 태양광 발전 모니터링 시스템(100)의 일 실시예가 도시되어 있다.
본 발명의 태양광 발전 모니터링 시스템(100)은 통합센서유닛(110), 통신모듈(120), 산출모듈(130)을 구비한다.
도면을 참고하면, 상기 태양광 발전 모니터링 시스템(100)은 입사된 태양광을 이용하여 전기를 생성하는 태양광 발전모듈(10)에 인접하게 설치되어 해당 태양광 발전모듈(10)의 주위 환경정보를 측정하는 통합센서유닛(110)과 상기 통합센서유닛(110)에 연결되어 해당 통합센서유닛(110)의 주위 환경정보를 전송하는 통신모듈(120)과 상기 통신모듈(120)에 전송된 주위 환경정보를 수신하고, 상기 주위 환경정보를 태양광 발전모듈(10)의 주위 환경정보를 이용하여 발전량을 예측하기 위해 기 구축된 신경망 모델에 적용하여 해당 태양광 발전모듈(10)의 발전 예측량을 산출하는 산출모듈(130)을 구비한다.
여기서, 태양광 발전모듈(10)은 태양광패널(11), 접속함(미도시) 및 인버터(미도시)로 구성된다. 상기 태양광패널(11)은 입사된 태양광에 의해 전기를 생성하는 다수의 발전패널이 연결되어 있다. 해당 태양광패널(11)은 지지 프레임(12)에 의해 설치대상 지역에, 지면으로부터 상방으로 소정거리 이격되게 지지되며 복수개 형성된다.
상기 접속함은 다수개의 태양광패널(11)에 각각에서 출력되는 전압을 직렬 또는 직렬과 병렬이 조합되게 접속하여 설정된 전압범위의 출력이 생성되도록 태양광패널(11) 각각을 채널별로 마련된 연결단자들을 통해 접속하고, 연결단자들을 직렬 또는 직렬과 병렬이 조합되게 결선하는 결선부를 통해 전기적으로 결선하고, 결선부를 통해 생성된 직류전압을 인버터로 공급하도록 되어 있다. 인버터는 접속함의 출력단을 통해 출력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력공급계통으로 공급할 수 있도록 되어 있다.
상기 통합센서유닛(110)은 태양광 발전모듈(10)에 인접된 위치에 설치된 본체(111)와, 상기 본체(111)에 설치되어 상기 태양광 발전모듈(10)로 입사되는 태양광의 일사량을 측정하는 일사량 측정센서(112)와, 상기 태양광 발전모듈(10) 주위의 기온 및 습도를 측정하는 온습도 센서(113) 및 풍량센서(114)를 구비한다.
상기 일사량 측정센서(112)는 상기 본체(111)의 상부에 설치되어 일사량을 측정하는 것이다. 상기 일사량 측정센서(112)는 도면에 도시된 것과 같이 상기 본체(111)의 상부에 설치되는 것이 바람직하나 그 위치에 이것에 한정하지 않고 상기 태양광패널(11)의 인접한 위치에도 설치될 수 있다. 또한 상기 일사량 측정센서(112)는 태양광 일사량을 측정하기 위해 종래에 일반적으로 사용되는 일사량 측정수단이므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 온습도 센서(113)는 본체(111)의 외측면에 설치되어 태양광 발전모듈(10) 주위의 온도 및 습도를 측정하는 것으로서 온습도를 측정하기 위해 종래의 온습도 측정수산이 적용될 수 있으므로 추가적인 기술은 생략하겠다.
상기 풍량센서(114)는 본체(111)의 외측면에 설치되어 태양광 발전모듈(10) 주위의 풍량을 측정하기 위한 것으로 풍량을 측정하기 위해 종래의 풍량 측정수단이 적용될 수 있으므로 추가적인 기술은 생략하겠다. 기술된 통합센서유닛(110)은 측정된 태양광의 일사량, 온습도 및 풍량에 대한 측정 데이터 즉, 주위 환경정보를 통신모듈(120)에 전달한다.
상기 통신모듈(120)은 상기 통합센서유닛(110)에 연결되어 해당 통합센서유닛(110)의 주위 환경정보를 전송하는 것으로 상기 지지프레임(12) 또는 본체(111)에 인접된 위치에 설치되는 케이스(13)의 내부공간에 설치된다.
상기 케이스(13)는 내부에 통신모듈(120)이 설치될 수 있도록 내부공간이 형성되어 있다. 도면에 도시 되지 않았지만, 상기 케이스(13)의 외주면에는 상기 통신모듈(120)이 상기 통합센서유닛(110)에 연결되게 상기 일사량 측정센서(112), 온습도 센서(113) 및 풍량센서(114)에 연결된 데이터 케이블이 접속될 수 있도록 다수의 접속단자가 마련되어 있다. 그리고 해당 접속단자(111)는 케이스(110) 내부의 통신모듈(30)에 연결되어 있다. 한편, 도시된 예에서 상기 케이스(13)는 사각 구조물로 형성된 예가 도시되어 있으나, 케이스(13)는 이에 한정하는 것이 아니라 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 통신모듈(120)은 상기 케이스(13)의 내부에 설치되어 상기 통합센서유닛(110)에서 제공된 주위 환경정보를 상기 산출모듈(130)에 전송한다. 여기서, 통신모듈(130)은 유선 또는 무선 통신망을 통해 상기 산출모듈(130)과 데이터 통신을 수행한다. 또한 상기 통신모듈(120)은 상기 태양광 발전모듈(10)에서 실시간 발전되는 발전량을 포함하는 발전정보도 수신할 수 있다.
상기 산출모듈(130)은 상기 통신모듈(120)에서 전송된 주위 환경정보를 수신하고, 상기 주위 환경정보를 바탕으로 발전량을 예측하기 위해 기 구축된 신경망 모델에 적용하여 해당 태양광 발전모듈(10)의 발전 예측량을 산출하는 것으로 연산부(131) 및 정보제공부(132)를 구비한다.
상기 연산부(131)는 상기 통신모듈(120)을 통해 전송된 주위 환경정보를 수신하여 해당 태양광 발전모듈(10)의 발전량을 예측한다. 여기서, 상기 산출모듈(130)은 상기 태양광 발전모듈(10)의 주위 환경정보를 이용하여 발전량을 예측하기 위해 기구축된 신경망 모델에, 상기 통신모듈(120)에서 수신된 주위 환경정보를 적용하여 해당 태양광 발전모듈(10)의 발전 예측량을 산출한다.
여기서, 신경망 모델은 합성곱 신경망(CNN: Convolutional Neural Network) 모델이 적용되는데, 상기 CNN 모델은 복수의 연산 레이어(Convolutional Layer, pooling Layer)를 번갈아 수행하여 최종적으로는 입력 데이터의 특징을 추출하는 데 사용되는 계층 모델이다. 주위 환경정보와 상기 태양광 발전모듈(10)의 발전량이 포함된 다수의 샘플 데이터를 지도학습(Supervised Learning)기법에 따라 처리하여 상기 신경망 모델을 구축한다. 한편, 상기 신경망 모델은 이에 한정하는 것이 아니라 주위 환경정보를 토대로 태양광 발전모듈(10)의 발전량을 예측할 수 있는 신경망 모델이면 무엇이든 적용 가능하다.
상기 정보제공부(132)는 상기 연산부(131)에서 산출된 발전 예측량 및 상기 태양광 발전모듈(10)의 발전정보를 상기 태양광 발전모듈을 관리하는 관리자에게 제공하는 제공하는 것이다. 보다 구체적으로 설명하면 상기 연산부(131)에서 예측되는 발전량과, 현재 상기 태양광 발전모듈(10)에서 발전되는 발전량, 발전상태 등을 포함하는 발전정보를 상기 관리자 단말기(1)로 전송한다. 관리자는 전송받은 자료를 참고하여 전력공급계획을 수립할 수 있다.
여기서, 관리자 단말기(1)는 스마트폰과 같이 관리자가 소지하며, 수신된 태양량 정보를 표시할 수 있는 스마트 폰, 테블릿 PC 등을 포함한다.
본 발명에 따른 태양광 발전소의 유지 및 보수를 위한 태양광 발전 모니터링 시스템은(100)은 태양광 발전모듈(10) 주위의 환경정보를 측정하고, 측정된 환경정보를 신경망 모델에 적용하여 해당 태양광 발전모듈(10)의 발전 예측량을 산출하여 제공하므로 관리자가 보다 용이하게 전기를 공급할 수 있다는 장점이 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
1 : 관리자 단말기
10 : 태양광 발전모듈 11 : 태양광패널
12 : 지지프레임 13 : 케이스
100 : 태양광 발전 모니터링 시스템
110 : 통합센서유닛 111 : 본체
112 : 일사량 측정센서 113 : 온습도 센서
114 : 풍량센서
120 : 통신모듈
130 : 산출모듈 131 : 연산부
132 : 정보제공부

Claims (3)

  1. 입사된 태양광을 이용하여 전기를 생성하는 태양광 발전모듈의 인접한 거리에 설치되어서 해당 태양광 발전모듈의 주위 환경정보를 측정하는 통합센서유닛;
    상기 통합센서유닛에 연결되어 해당 통합센서유닛의 주위 환경정보를 전송하는 통신모듈; 및
    상기 통신모듈에서 전송된 주위 환경정보를 수신하고, 상기 주위 환경정보를 바탕으로 발전량을 예측하기 위해 기 구축된 신경망 모델에 적용하여 해당 태양광 발전모듈의 발전 예측량을 산출하는 산출모듈;을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    태양광 발전 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통합센서유닛은
    상기 태양광 발전모듈로 입사되는 태양광의 일사량을 측정하는 일사량 측정센서;
    상기 태양광 발전모듈 주위의 기온 및 습도를 측정하는 온습도 센서; 및
    상기 태양광 발전모듈 주위의 풍량을 측정하는 풍량센서;를 구비하는 것을 특징으로 하는,
    태양광 발전 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산출모듈은
    상기 통신모듈에서 제공된 주위 환경정보를 바탕으로 기 구축된 신경망 모델을 이용하여 해당 태양광 발전모듈의 발전 예측량을 산출하는 연산부; 및
    상기 연산부에서 산출된 발전 예측량 및 상기 태양광 발전모듈의 발전정보를 상기 태양광 발전모듈을 관리하는 관리자에게 제공하는 정보제공부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
    태양광 발전 모니터링 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101720669B1 (ko) 2015-03-30 2017-03-28 주식회사 키스톤에너지 태양광 발전장치 제어 및 모니터링 통합 시스템

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