[논문]MPPT 및 CCVC 알고리즘을 적용한 에너지 절약형 OF-LED 광고조명시스템

이성룡; 전칠환; 이수원; 이은철

doi:10.5207/jieie.2005.19.2.001

[국내논문] MPPT 및 CCVC 알고리즘을 적용한 에너지 절약형 OF-LED 광고조명시스템
Energy Saving Type OF-LED Illuminated Display Board System with MPPT and CCVC Algorithms 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.19 no.2, 2005년, pp.1 - 6

이성룡 (군산대학교 전자정보공학부) , 전칠환 (군산대학교 전자정보공학부) , 이수원 (군산대학교 전자정보공학부) , 이은철 (군산대학교 전자정보공학부)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 광고 조명으로 인한 에너지 소비를 극소화하기 위하여 OF-LED(Optical-Fiber LED)를 이용한 에너지 절약형 광고 조명 시스템에 대하여 연구하였다. 제안한 OF-LED광고 조명 시스템은 에너지 소비가 획기적으로 저감되고 시스템의 소형화가 가능하며, 부조일이 높은 장마철을 제외하고는 태양광 발전만으로 운영하는 큰 장점을 가진다. 태양전지의 출력 특성에 의한 배터리의 최단$\cdot$최적 충전을 위해 정전류$\cdot$정전압 제어법(CCVC)과, IncCond알고리즘을 병행하여 적용하였다 그리고 원칩 마이크로프로세서로 디스플레이 제어와 충 방전제어를 동시에 수행하도록 하였다. 이를 실험을 통하여 제시된 시스템의 유용성을 입증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper studies the OF-LED(Optical Fiber-LED) illuminated display board system for energy saving. The OF-LED illuminated display board system has PV module, batteries, charge 8t discharge system and dynamic full color display controller. Both maximum power point tracker (MPPT) and constant current & constant voltage controls (CCVC) are used to govern the charging system. This system. improves the charging efficiency of battery. The system is compact and operates only by PV except the rainy days when the sun is unfavorable. in the system display control and charging-discharging control by on-chip microprocessor are simultaneously carried out. To verify the unposed system, me simulation and experiment results show the operating characteristics with a laboratory prototype.

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 본 연구에서는 제안된 OF-LED 광고 조 명 시스템을 이론적으로 해석하고, 부하용량에 따른 태양전지 및 배터리 용량의 최적 설계방법을 논의하였다. 또한 태양전지의 출력 특성에 의한 배터리의 최 단·최적 충전을 위해 정전류·정전압 제어법(0CVC) 과 IncCond 알고리즘을 병행하여 적용하였다.
이는 광섬유를 활용한 다양한 패턴의 디자인, 저 소비전력, 긴 수명 그리고 다양한 조명 효과 연출 이 가능한 LED를 결합하여 구성함으로써, 전력소모 가 적고 유지 보수비가 적은 경제적인 장점 때문에 의류, 가방 등 패션 분야와 뛰어난 야간 식별 능력으 로 인한 안전 분야 등에서 주목을 받고 있다{2]. 본 연구에서는 앞서 언급한 연간 소비 전력이 수 천 GWh에 달하는 광고조명분야의 소비전력절감을 위한 대안으로 이상의 광섬유와 LED를 결합한 OF-LED 광고 조명 시스템에 대하여 저〕안하였다 이는 광고조명이 일반 조명과 달리, 독서등과 같은 휘도 보다는 시각 효과에 의한 광고효과가 더 중요 하다는 점에 착안한 것이다. 특히 본 연구에서 제안한 광고 조명 시스템은 대전력용 LED(소비전력
또한 기존의 광고조명시스템을 태양전지를 사용한 독립형 OF-LED 광고조명시스템으로 대체하면 연간 수 Gwh의 에너지를 절약할 수 있을 것으로 기대된다. 태양광 발전 시스템을 적용한 OF-LED 광고 조명시스템의 경우 태양전지와 배터리의 용량을 줄임으로 초기 설치비를 줄였으며, 부하 용량에 따른 태양전 지의 용량과, 배터리 용량의 최적 설계방법에 대해 논의하였다. 또한 입력변동에 따른 최대출력점을 추 종하는 MPPT알고리즘과 배터리 충전 특성이 좋은 CCVC방법을 병행하여 빠르고 안정된 최적 충전제어 알고리즘을 제안하였고 2.

제안 방법

그러나 일반적인 태양 광 발전 시스템은 초기 설치비의 57[%]이상이 태양 전지에 사용되고 배터리에 30[%]가 사용되몌3] 또한 광고 조명 시스템 특성상 소형화를 위해 배터리 용량을 줄여야한다. 그러므로 본 연구에서는 초기 설치 단가를 낮추고 배터리의 용량을 줄이기 위해 부조일 2일로 선정하였고, 부조일이 높은 장마기간 을 대비하여 보조 전원으로 계통전원을 사용하였다.
시스템을 구동하기 위한 주전원으로 태양전지를 사용하고 보조 전원으로 계통전원을 사용한다. 또한 배터리의 충전은 태양전지의 출력전력이 일 정 전력이하로 떨어지면 일정전압으로 제어하는 것이 효율 면에서 유리하몌8], 본 논문에서는 태양전 지의 출력전력이 일정 전력 이하일 경우 CCVC방법을 이용해 초기의 전류를 일정하게 하여 빠른 중전 이 가능하도록 하며 잔류 충전은 정전압 방식으로 충전하여 배터리의 충격을 줄였다.
태양광 발전 시스템을 적용한 OF-LED 광고 조명시스템의 경우 태양전지와 배터리의 용량을 줄임으로 초기 설치비를 줄였으며, 부하 용량에 따른 태양전 지의 용량과, 배터리 용량의 최적 설계방법에 대해 논의하였다. 또한 입력변동에 따른 최대출력점을 추 종하는 MPPT알고리즘과 배터리 충전 특성이 좋은 CCVC방법을 병행하여 빠르고 안정된 최적 충전제어 알고리즘을 제안하였고 2.4[W]급의 시작품을 제 작 실험하였다.
본 연구에서 제안한 에너지 절약형 OF-LED 광고 조명시스템은 낮에는 기존의 광고조명시스템과 같이 대중에게 문구 및 이미지를 전달하면서 태양 전지를 통해 발전된 에너지를 MPPT알고리즘과 CCVC방법을 이용하여 배터리에 충전하고 밤에는 고휘도 LED 를 제어기에 의해 역동적인 애니메이션으로 구동된다. 이를 위해서는 충전제어기와 LED 제어기가 필요하다.
본 연구에서는 태양에너지의 효율을 극대화하기 위해 두 가지 알고리즘을 적용하여 충전하고 있다. 평상시에는 IncCond 알고리즘을 적용하고 일정전압 이하에서는 정전류.
그림 3은 제안한 OF-LED 시스템의 제어 블록도 이다. 시스템의 구성은 태양광 발전전력을 최적 충 전 제어 알고리즘으로 배터리에 충전하는 충전부와 LED를 구동하기 위한 정전류 공급기 그리고 충전 및 LED 온-오프를 하는 제어부로 구성된다. 충전부 와 출력부의 각 소자의 정격용량은 표 1에 의해 최대 전압과 최대전류를 고려하여 구할 수 있다.

대상 데이터

그림 9는 기존의 형광등과 네온등을 사용한 광고 조명시스템이며 형광등의 경우 40[W]의 형광램프3 개를 사용하였으며 네온등의 경우 70CW]의 네온을 2개 사용하였다. 그러므로 소비전력은 각각 형광등 120EW], 네온 140[W]이다(2).
논문에서 제시한 OF-LED 광고조명시스템은 1.2EW] 고휘도 IED 두 개를 사용하였다. 표 1은 부 하 용량 2.
본 연구에서 제안한 부하용량 2.4[W]급의 에너지 절약형 OF-LED 광고조명시스템을 그림 6과 같이 제작 실험 하였고 실험 조건은 표 2와 같다.

이론/모형

그러므로 본 연구에서는 제안된 OF-LED 광고 조 명 시스템을 이론적으로 해석하고, 부하용량에 따른 태양전지 및 배터리 용량의 최적 설계방법을 논의하였다. 또한 태양전지의 출력 특성에 의한 배터리의 최 단·최적 충전을 위해 정전류·정전압 제어법(0CVC) 과 IncCond 알고리즘을 병행하여 적용하였다. 그리고 원칩 마이크로프로세서로 디스플레이 제어와 충·방 전제어를 동시에 수행하도록 하였으며, 이를 실험을 통하여 제시된 시스템의 유용성을 입증하였다.
보편적인 알고리즘으 로 P&0법, IncCond법, 일정전압제어법이 있다{4]. 본 논문에서는 추종 특성이 좋은 IncCond 법을 사용하였다. IncCond 법은 임피던스 매칭법으로 부하의 임 피던스와 태양전지의 임피던스가 같아지는 지점에서 태양전지 줄력이 최대가 되는 것을 이용하는 방법이 다[5].
본 연구에서는 태양에너지의 효율을 극대화하기 위해 두 가지 알고리즘을 적용하여 충전하고 있다. 평상시에는 IncCond 알고리즘을 적용하고 일정전압 이하에서는 정전류.정전압 제어방법을 적용하여 배터리를 최적으로 충전할 수 있다.

성능/효과

또한 태양전지의 출력 특성에 의한 배터리의 최 단·최적 충전을 위해 정전류·정전압 제어법(0CVC) 과 IncCond 알고리즘을 병행하여 적용하였다. 그리고 원칩 마이크로프로세서로 디스플레이 제어와 충·방 전제어를 동시에 수행하도록 하였으며, 이를 실험을 통하여 제시된 시스템의 유용성을 입증하였다.
본 논문에서 제시한 최적 충전 방법을 적용하여 실험한 결과 배터리를 보다 안정적이고 빠르게 충전 할 수 있음이 입증되었다.
본 논문에서는 에너지 절약형 OF-LED 광고조명 시스템을 제안하였으며, 형광램프를 사용한 광고조 명시스템(120W)과 비교하여 OF-LED 광고조명시 스템(2.4W)로 최대 98[%]의 에너지를 절약할 수 있 었으며, 원칩 마이크로프로세서에 의한 LED제어로 역동적인 애니메이션을 표현할 수 있었다. 또한 기존의 광고조명시스템을 태양전지를 사용한 독립형 OF-LED 광고조명시스템으로 대체하면 연간 수 Gwh의 에너지를 절약할 수 있을 것으로 기대된다.
광고조명시스템의 효율은 일반 조명시스템과 달리 휘도의 정도가 아니라 이미지와 문구의 전달능 력과 시간당 에너지 소비의 정도가 효율의 높고 낮 음을 결정한다. 이에 본 논문에서는 LED 두 개 (2.4[WD로 형광등을 사용한 광고조명시스템에 비해 98[%]의 에너지 소비를 줄이고 원칩 마이크로프로 세서를 이용하여 애니메이션 효과가 가능하도록 하 였으며 야간에 100[词전방에서 식 별이 가능할 뿐 아니라 시각효과가 뚜렷함을 확인하였다{2].

후속연구

4W)로 최대 98[%]의 에너지를 절약할 수 있 었으며, 원칩 마이크로프로세서에 의한 LED제어로 역동적인 애니메이션을 표현할 수 있었다. 또한 기존의 광고조명시스템을 태양전지를 사용한 독립형 OF-LED 광고조명시스템으로 대체하면 연간 수 Gwh의 에너지를 절약할 수 있을 것으로 기대된다. 태양광 발전 시스템을 적용한 OF-LED 광고 조명시스템의 경우 태양전지와 배터리의 용량을 줄임으로 초기 설치비를 줄였으며, 부하 용량에 따른 태양전 지의 용량과, 배터리 용량의 최적 설계방법에 대해 논의하였다.
이상의 결과로 본 연구에서 제안한 에너지 절약형 OF-LED 광고조명 시스템은 기존의 광고조명과 비교하여 에너지 소비는 줄이면서 보다 유연한 광고효과를 연출할 수 있었으며, OF-LED를 이용한 광고조명시스템을 사용할 경우 광고조명에 의한 에너지 소비를 줄이는 데 기여할 것으로 사료된다.

참고문헌 (8)

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상세보기
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K.H. Hussion. 'Photovoltaic Power Tracking An Algorithm for Rapidly Changing Atmospheric Conditions', Proceedings of the IEE. Vol. 142, No. 1, pp. 59-64. 1995
강신영 외 2인, '밧데리 개별 제어 방식에 의한 소규모 독립형 태양광 발전 시스템의 특성 개선', 전력전자학회 논문지 제7권 5호 pp. 49-51 2002

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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