최근 사람이 다수 붐비는 지역에 스마트 폰이나, 태블릿 등을 바로 충전할 수 있는 태양광 모듈이 설치되어 서비스를 제공하고 있다. 하지만 설치비용이 높아 이용인원이 적은 지역에 설치 할 경우 비용측면에서 부담이 되며, 협소한 지역에는 설치가 어려운 문제점이 존재한다. 본 논문에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 국가에서 제공하는 데이터와, 실제 환경에서 수집한 데이터를 이용하여 각 지역에 해당 서비스를 제공받는 사람에 대한 정보를 분석 한 후 대기시간 및 태양광 충전시간을 고려하여 환경에 맞는 최적의 전력을 수집 및 제공하는 시스템을 제안하였다. 실험결과 수집전력이 충전전력량보다 상회하여 충전이 지연되지 않았으며, 약 95분경에 스마트 폰의 전력을 모두 충전할 수 있음을 확인하였으며, 버스 대기시간인 10분에서 20분 사이에 스마트 폰이 한 대일 경우 약 50%가량을 충전할 수 있으며, 여러 대일 경우 약 20%가량을 충전할 수 있음을 확인하였다.
최근 사람이 다수 붐비는 지역에 스마트 폰이나, 태블릿 등을 바로 충전할 수 있는 태양광 모듈이 설치되어 서비스를 제공하고 있다. 하지만 설치비용이 높아 이용인원이 적은 지역에 설치 할 경우 비용측면에서 부담이 되며, 협소한 지역에는 설치가 어려운 문제점이 존재한다. 본 논문에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 국가에서 제공하는 데이터와, 실제 환경에서 수집한 데이터를 이용하여 각 지역에 해당 서비스를 제공받는 사람에 대한 정보를 분석 한 후 대기시간 및 태양광 충전시간을 고려하여 환경에 맞는 최적의 전력을 수집 및 제공하는 시스템을 제안하였다. 실험결과 수집전력이 충전전력량보다 상회하여 충전이 지연되지 않았으며, 약 95분경에 스마트 폰의 전력을 모두 충전할 수 있음을 확인하였으며, 버스 대기시간인 10분에서 20분 사이에 스마트 폰이 한 대일 경우 약 50%가량을 충전할 수 있으며, 여러 대일 경우 약 20%가량을 충전할 수 있음을 확인하였다.
Recently, solar module is installed in crowded areas to offers services so that people can charge their smartphones or tablets. However, the burden in terms of cost is high to install in areas where utilization ratio is low and installation is difficult in limited spaces. In this paper, a system for...
Recently, solar module is installed in crowded areas to offers services so that people can charge their smartphones or tablets. However, the burden in terms of cost is high to install in areas where utilization ratio is low and installation is difficult in limited spaces. In this paper, a system for collecting and providing the optical power is proposed from the analysis about the person that receives service in each area using the real-time data provided by the state and collected from the actual environment as well as considering the waiting time and the solar charging time in different environments. As a result, This study shows that charge was not delayed since collecting power exceeds charging power. Smartphone was fully charged in ninety-five minutes. we confirmed that with one smartphone, it can be charged a approximately fifty percent of the battery in between ten to twenty minutes, with multiple units they can be charged a approximately twenty percent of the battery in between ten to twenty minutes.
Recently, solar module is installed in crowded areas to offers services so that people can charge their smartphones or tablets. However, the burden in terms of cost is high to install in areas where utilization ratio is low and installation is difficult in limited spaces. In this paper, a system for collecting and providing the optical power is proposed from the analysis about the person that receives service in each area using the real-time data provided by the state and collected from the actual environment as well as considering the waiting time and the solar charging time in different environments. As a result, This study shows that charge was not delayed since collecting power exceeds charging power. Smartphone was fully charged in ninety-five minutes. we confirmed that with one smartphone, it can be charged a approximately fifty percent of the battery in between ten to twenty minutes, with multiple units they can be charged a approximately twenty percent of the battery in between ten to twenty minutes.
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문제 정의
본 논문에서는 다양한 장소에서 사람들이 버스정보를 모니터링하고, 스마트폰이나, 태블릿 등을 충전하는 서비스를 제공 받을 수 있도록 하루 이용 인원을 분석한 후 장소에 맞는 태양광 에너지 공급시스템을 제공하는 방법을 제안한다.
아트벤치의 경우 고효율을 낼 수 있는 752 W급의 태양광모듈이 설치되어 서비스를 제공하고 있어 이용인원이 적은 지역에 설치 할 경우 비용측면에서 부담이 되며, 아트벤치 설치가 어려운 협소한 지역에는 공간적으로 부담이 되어 설치가 어려운 문제점이 존재한다. 본 논문에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 하루 이용인원을 분석하여, 효율적으로 태양광 모듈을 배치하고, 충전하는 저비용의 태양광 모듈 설치방법에 대해 제안하였다. 제안하는 방법은 국가에서 제공하는 데이터와, 실제 환경에서 수집한 버스를 이용하는 사람들의 정류소 대기시간, 환승 대기시간, 시간별 이용 수 등의 데이터를 이용하여 각 지역에 해당 서비스를 제공받는 사람에 대한 정보를 분석한 후 대기시간 및 태양광 충전시간을 고려하여 환경에 맞는 최적의 전력을 수집 및 제공하는 시스템을 구축하는 것으로 교통안전공단에서 제공하는 데이터와 실제 필드에서 수집한 데이터를 토대로 최소 필요전력을 구하는 방법에 대해 설명하였으며, 방법을 토대로 실제 시스템을 구축하여 실험하였다.
제안 방법
표2는 천안시 외곽 지역의 버스 정류소에 머무는 사람들의 시간을 산출한 것이다. 같은 날짜 같은 시간 측정하였으며, 외곽 중에서도 도심에 인접한 곳과 떨어진 장소에서 10시부터 16시까지 6시간동안 측정하였다. 버스가 도착하는 시간은 10분 간격으로 시간당 버스 6대가 지나갈 동안 측정한 데이터이다.
본 논문에서 제안한 태양광 시스템 기반 전력공급 시스템의 성능을 테스트하기 위해 실험환경 구축 후 실험을 진행하였다. 그림 8은 태양광 시스템 기반 전력공급 시스템 실험 환경을 나타낸 것이다.
본 논문에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 하루 이용인원을 분석하여, 효율적으로 태양광 모듈을 배치하고, 충전하는 저비용의 태양광 모듈 설치방법에 대해 제안하였다. 제안하는 방법은 국가에서 제공하는 데이터와, 실제 환경에서 수집한 버스를 이용하는 사람들의 정류소 대기시간, 환승 대기시간, 시간별 이용 수 등의 데이터를 이용하여 각 지역에 해당 서비스를 제공받는 사람에 대한 정보를 분석한 후 대기시간 및 태양광 충전시간을 고려하여 환경에 맞는 최적의 전력을 수집 및 제공하는 시스템을 구축하는 것으로 교통안전공단에서 제공하는 데이터와 실제 필드에서 수집한 데이터를 토대로 최소 필요전력을 구하는 방법에 대해 설명하였으며, 방법을 토대로 실제 시스템을 구축하여 실험하였다. 실험결과 수집전력이 충전전력량보다 상회하여 충전이 지연되지 않았으며, 약 95분경에 스마트폰의 전력을 모두 충전할 수 있음을 확인하였다.
제안하는 방법은 국가에서 제공하는 데이터와, 실제 환경에서 수집한 버스를 이용하는 사람들의 정류소 대기시간, 환승 대기시간, 시간별 이용 수 등의 데이터를 이용하여 각 지역에 해당 서비스를 제공받는 사람에 대한 정보를 분석한 후 대기시간 및 태양광 충전시간을 고려하여 환경에 맞는 최적의 전력을 수집 및 제공하는 시스템을 구축하는 것이다[2]-[4].
대상 데이터
그림7은 본 논문에서 제안한 시스템에서 전력을 공급하기 위해 개발한 전력 분배 모듈이다. MCU로는 ATmega 128을 사용하였으며, USB 충전을 위해 12 V에서 5 V로 만들기 위해 정전압 레귤레이터 및 콘덴서를 연결하여 제작하였다. 또한 인접한 회로에서 전력을 공급할 때 충돌이 일어나지 않도록 무접점 릴레이를 이용하여 충전케이블을 완성하였다.
본 논문에서 제안한40 W 출력12 V 솔라패널과 24 Ah 12 V 연축전지를 사용하였고 3장에서 구현한 전력 분배 모듈을 사용하여 스마트폰을 충전하는 실험을 하였다. 실험 장소는 태양광을 받을 수 있는 실외에서 진행하였으며, 스마트폰 1대를 충전할 때와 여러 대를 충전할 때의 상황을 각각 실험하였다.
본 논문에서 제안한40 W 출력12 V 솔라패널과 24 Ah 12 V 연축전지를 사용하였고 3장에서 구현한 전력 분배 모듈을 사용하여 스마트폰을 충전하는 실험을 하였다. 실험 장소는 태양광을 받을 수 있는 실외에서 진행하였으며, 스마트폰 1대를 충전할 때와 여러 대를 충전할 때의 상황을 각각 실험하였다.
성능/효과
조사된 데이터를 이용하여 일주일/평일/주말 평균인원을 산출하게 되면 그림 3 그림 4와 같은 추세를 보인다. 대중교통을 자주 이용하는 지역은 서울과 경기, 부산 순이며, 평일의 이용 인원은 월요일부터 금요일까지 조금씩 증가하는 추세를 보였으나, 변화의 폭은 크지 않았으며, 주말에는 평일에 비해 이용 인원이 감소, 특히 일요일에 더 크게 감소하였다. 또한 대중교통 이용인원이 가장 많은 평일 시간대는 출근 시간대인 7~ 9시이며, 그 다음으로 퇴근 시간대인 18~ 20시의 이용인원이 가장 많은 것으로 나타났다.
대중교통을 자주 이용하는 지역은 서울과 경기, 부산 순이며, 평일의 이용 인원은 월요일부터 금요일까지 조금씩 증가하는 추세를 보였으나, 변화의 폭은 크지 않았으며, 주말에는 평일에 비해 이용 인원이 감소, 특히 일요일에 더 크게 감소하였다. 또한 대중교통 이용인원이 가장 많은 평일 시간대는 출근 시간대인 7~ 9시이며, 그 다음으로 퇴근 시간대인 18~ 20시의 이용인원이 가장 많은 것으로 나타났다. 특히 아침시간대에는 정해진 시간 안에 목적통행을 달성해야 함으로 저녁에 비해 짧은 시간에 다수의 통행이 집중되는 것을 알 수 있다.
각 배터리 용량에 맞게 2000 mAh는 약 115분, 2500 mAh는 120분, 2600 mAh는 125분, 3100 mAh는 135분에 배터리 충전이 완료되었다. 배터리에서 각각의 출력단자에 직렬로 연결하여 전력을 공급하였으나, 하나일 때 보다 시간이 약 30분정도 오래 걸리는 것을 확인하였다.
그림 12는 2600 mAh의 배터리 용량을 가진 스마트폰이 본 논문에서 개발된 태양광 시스템 기반의 전력 분배 모듈을 이용하여 배터리를 충전할 때 충전이 모두 완료될 때까지의 시간을 나타낸 그래프이다. 실험결과 배터리의 전력이 모두 충전될 때 까지 약 95분이 소모되는 것을 확인할 수 있었다. 특히 태양광 모듈과 배터리가 설치된 직후부터 스마트폰으로 전력을 공급하는 것을 확인하였으며, 이는 초기 설치된 태양광 패널에서 수집되는 전력이 스마트 폰에 공급하는 전력을 상회한다는 것을 도출할 수 있는 결과이다.
제안하는 방법은 국가에서 제공하는 데이터와, 실제 환경에서 수집한 버스를 이용하는 사람들의 정류소 대기시간, 환승 대기시간, 시간별 이용 수 등의 데이터를 이용하여 각 지역에 해당 서비스를 제공받는 사람에 대한 정보를 분석한 후 대기시간 및 태양광 충전시간을 고려하여 환경에 맞는 최적의 전력을 수집 및 제공하는 시스템을 구축하는 것으로 교통안전공단에서 제공하는 데이터와 실제 필드에서 수집한 데이터를 토대로 최소 필요전력을 구하는 방법에 대해 설명하였으며, 방법을 토대로 실제 시스템을 구축하여 실험하였다. 실험결과 수집전력이 충전전력량보다 상회하여 충전이 지연되지 않았으며, 약 95분경에 스마트폰의 전력을 모두 충전할 수 있음을 확인하였다. 또한 한 대만 충전할 경우 버스 대기시간인 10분에서 20분 사이에 약 50% 가량, 여러 대를 충전할 경우 약 20% 가량을 충전을 할 수 있기 때문에 저가로 제작 가능한 태양광 시스템에 비해 그 효율이 높다고 할 수 있다.
도심 인근에 위치한 정류소에서는 평균 9명이 정류소에서 탑승을 하였으며, 도심 외곽지역에서는 평균 3명이 정류소에서 버스에 탑승을 하였다. 위의 정형적인 데이터에서 나온 결과를 토대로 요일별 탑승인원이 비슷하게 탑승한다고 가정한다면, 도심에서 가장 멀리 떨어진 지역에서 소모 되는 평균 전력은 2.25 Wh이며, 도심 인근에서 약간 떨어진 외곽지역에서 소모되는 평균전력은 6.75 Wh이다. 버스를 이용하는 시간이 6시부터 11시까지임으로 총 운행시간 (17시간)으로 시간당 소비되는 전력을 구하면 약 40 ~ 120 Wh가 소모되는 것을 알 수 있다.
특히 아침시간대에는 정해진 시간 안에 목적통행을 달성해야 함으로 저녁에 비해 짧은 시간에 다수의 통행이 집중되는 것을 알 수 있다. 이러한 결과를 통해 일반적으로 출퇴근 시간에는 대중교통을 이용하는 인원이 많다는 것을 확인할 수 있으며, 태양광 에너지 서비스 시스템을 오전 7 ~9시를 제외한 다른 시간대에서 주로 이용할 것이라는 결론이 나오게 된다. 하지만 이러한 정보들로는 버스정류소에서 승객이 얼마나 대기하는지를 알 수 없으며, 각각의 버스정류소에서 얼마만큼의 에너지를 획득하는지도 알 수 없다.
그림 10은 전력분배 모듈에서 충전 단자를 통해 나오는 전압을 측정한 실험 결과이다. 전력 분배 모듈에 존재하는 4개의 충전 단자에 전압을 측정하였으며, 5 V, 2 A가정상적으로 출력되는 것을 확인하였다.
그림 9는 솔라 패널과 배터리를 컨트롤러에 연결시키고 배터리에 전력이 공급되는 것을 나타내는 확인하는 사진이다. 컨트롤러에서 충전을 나타내는 초록색 LED가 점등되며 정상적으로 충전이 되는 것을 확인할 수 있었으며 해당 전압은12.8 V 로 측정된 것을 디지털 멀티미터로 확인할 수 있다.
실험결과 배터리의 전력이 모두 충전될 때 까지 약 95분이 소모되는 것을 확인할 수 있었다. 특히 태양광 모듈과 배터리가 설치된 직후부터 스마트폰으로 전력을 공급하는 것을 확인하였으며, 이는 초기 설치된 태양광 패널에서 수집되는 전력이 스마트 폰에 공급하는 전력을 상회한다는 것을 도출할 수 있는 결과이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
태양광 시스템 기반의 전력공급 시스템은 어떻게 구성되어 있나?
태양광 시스템 기반의 전력공급 시스템의 구조는 태양 전지 모듈, 컨트롤러, 배터리, 부하로 구성되어 있다. 태양 전지 모듈은 태양광을 이용하여 DC 전력을 수집하는 역할을 수행하고 컨트롤러에서는 태양전지 모듈에서 수집되는 DC 전력을 배터리에 저장하고 통신모듈에서 전송되는 신호에 따라 부하로DC 전력을 공급하는 역할을 수행한다.
전력공급 시스템의 태양 전지 모듈은 어떤 역할을 수행하나?
태양광 시스템 기반의 전력공급 시스템의 구조는 태양 전지 모듈, 컨트롤러, 배터리, 부하로 구성되어 있다. 태양 전지 모듈은 태양광을 이용하여 DC 전력을 수집하는 역할을 수행하고 컨트롤러에서는 태양전지 모듈에서 수집되는 DC 전력을 배터리에 저장하고 통신모듈에서 전송되는 신호에 따라 부하로DC 전력을 공급하는 역할을 수행한다. 배터리는 태양전지 모듈에서 수집하는 전력을 저장하고, 스마트 폰이나 태블릿에 전력을 공하게 된다.
태양광 시스템 기반의 전력공급 시스템에서 컨트롤러의 역할은?
태양광 시스템 기반의 전력공급 시스템의 구조는 태양 전지 모듈, 컨트롤러, 배터리, 부하로 구성되어 있다. 태양 전지 모듈은 태양광을 이용하여 DC 전력을 수집하는 역할을 수행하고 컨트롤러에서는 태양전지 모듈에서 수집되는 DC 전력을 배터리에 저장하고 통신모듈에서 전송되는 신호에 따라 부하로DC 전력을 공급하는 역할을 수행한다. 배터리는 태양전지 모듈에서 수집하는 전력을 저장하고, 스마트 폰이나 태블릿에 전력을 공하게 된다.
참고문헌 (8)
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