[논문]스마트폰 기반의 지능형 태양광 전력적산 모니터링 시스템에 관한 연구

김관형

doi:10.6109/jkiice.2016.20.10.1949

스마트폰 기반의 지능형 태양광 전력적산 모니터링 시스템에 관한 연구
The intelligent solar power monitoring system based on Smart Phone 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.20 no.10, 2016년, pp.1949 - 1954

김관형 (Department of Computer Engineering, Tongmyong University)

초록
AI-Helper

스마트 그리드(smart grid) 기술은 전력 공급자와 소비자 사이를 실시간으로 전력정보를 교환함으로써 전력의 효율성을 높이는 전력망 관리 기술이다. 최근에는 유지보수 및 설치가 용이한 태양광 발전시스템에 대한 적용이 늘고 있다. 그러나 태양광 발전 시스템은 고장진단이 어려우며, PV(PhotoVoltaics) 어레이 및 인버터(inverter) 등의 결함과 기타 잠재적인 출력저하 요소로 인하여 발전량이 감소하기도 한다. 이처럼 태양광 발전 시스템을 통하여 안정적인 에너지 포집과 관리 및 조속한 고장 검출이 필수 요구사항이라 할 수 있다. 본 논문에서는 태양광 발전 시스템을 대상으로 전력 생산량 및 이상 동작 현상을 모니터링하고 외부 환경을 계측하는 계측모듈을 개발하고, 계측된 정보 데이터를 전송할 수 있는 통신모듈을 통하여 원격지에서 태양광 발전 시스템의 동작 상태를 모니터링 하도록 설계하였다. 또한 스마트폰을 기반으로 구축된 태양광 발전 시스템을 실시간으로 관리하고 모니터링 할 수 있는 모바일 관리 시스템을 제시하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Smart grid technology can be called grid techniques to improve the efficiency of the electric power by exchanging bidirectional information of electric power with real-time between electric power suppliers and consumers. Recently, the solar power generation system is being applied actively. However the solar power system has several problems leading to reduce overall electricity generation, because the difficult of the diagnosis and the solar power system failure such as PV(PhotoVoltaics) and inverter. In order to build an efficient smart grid, a stable electric power energy requirements capture and management and early fault detection is essentially required in solar power generation system. In this paper, it is designed to monitor the operating status of the solar power monitoring system from a remote location through a RS-485 or TCP/IP communication module to monitoring the output of solar power energy and abnormal phenomenon, to developing the measurement module and to transfer measured data.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 오류 및 고장 검출 기능의 테스트를 위해 임의로 설치된 PV 어레이의 하나의 셀에 가림막을 부착하여 실험을 진행하였다.
본 논문에서는 태양광 발전 시스템을 대상으로 효율적인 스마트 그리드를 위하여 스마트폰 앱을 기반으로 지능형 태양광 전력적산 모니터링 시스템을 구현하였다. 본 관리시스템은 스마트 계측 모듈을 통해 PV 어레이에서 생산된 전력 및 외부 환경 계측 정보를 브릿지 모듈을 통해 서버로 전송하고 원격에서 모니터링 함에 따라 실시간으로 관리자 또는 사용자에게 발전량과 태양광 발전시스템의 상태를 제공하도록 구현하였다.
본 논문에서는 태양광 발전 시스템을 통해 발생되는 전력을 계측하여 생산된 전력을 실시간으로 관리 및 모니터링하고 전력 적산을 통한 전력 생산량 예측 및 오류 검출을 위한 전력적산 관리시스템을 구현하고자 하며 이를 통한 지능형 스마트 그리드 서비스 모델을 제안하고자 한다.
본 논문에서는 태양광 발전 시스템의 오류 및 고장으 로 인한 출력저하를 방지하고 조속한 처리를 위해 일사량 센서로부터 측정된 데이터를 기반으로 오류/고장 검출 기능을 구현하였다.

제안 방법

스마트 계측 모듈은 센서 계측보드로 SMPS (switching mode power supply)를 보드에 포함하여 상용전원 AC 220[V]를 사용하여 센서에 전원을 공급하였다. PV 모듈의 구성은 직렬 6개와 병렬 2개를 연결하여 PV 셀을 통해 생성되는 전력을 1개의 전류센서를 통하여 PV에 의해 발생되는 전력에 대한 전류값을 계측하였다. 센서의 구성은 일사량 센서, 온도 센서를 통하여 외부 환경을 계측하도록 하였다.
모니터링 뷰어에서는 정보의 타입에 따라 센서/인버터 등의 연결 상태와 측정된 전력량, 설치된 PV 어레이의 외부환경 정보(온도, 일사량 등)를 그래프 및 수치를 통한 모니터링하고 조회를 통해 적산 및 축적된 전력 정보를 년/월/일 단위로 제공한다. 또한 센싱/ 전력 정보를 기반으로 오류/고장 검출 모듈을 통해 전력 생산량을 환산하여 태양광 시스템의 이상여부를 확인하며 이상 발생 시 GCM(Google Cloud Messaging)을 통해 관리자 또는 사용자에게 해당 정보를 푸시 메시지로 전송한다.
본 논문에서는 태양광 발전 시스템을 대상으로 효율적인 스마트 그리드를 위하여 스마트폰 앱을 기반으로 지능형 태양광 전력적산 모니터링 시스템을 구현하였다. 본 관리시스템은 스마트 계측 모듈을 통해 PV 어레이에서 생산된 전력 및 외부 환경 계측 정보를 브릿지 모듈을 통해 서버로 전송하고 원격에서 모니터링 함에 따라 실시간으로 관리자 또는 사용자에게 발전량과 태양광 발전시스템의 상태를 제공하도록 구현하였다.
본 논문에서 제안하는 지능형 태양광 전력적산 모니터링 시스템은 PV 어레이에서 계측된 정보와 인버터를 통하여 계측된 데이터를 원격에서 데이터를 관리하도록 시스템을 구성한다.
본 논문에서 제안하는 태양광 발전 시스템은 기존 태양광 발전 시스템을 기반으로 하며 PV 어레이에 각종 센서 및 전력을 계측하는 스마트 계측 모듈과 인버터를 통해 변환된 전력 및 측정된 센서 정보를 서버에 전송하는 통신 브릿지 모듈로 구성된다. 계측된 전력 및 센서 정보를 관리/모니터링하는 서비스 서버, 원격지에서 관리자 또는 사용자에게 태양광 발전 시스템의 실시간 정보나 고장/오류 정보를 제공하는 모니터링 클라이언트로 구성된다[5].
그림 7은 통신 브릿지 모듈로부터 수신한 계측정보를 서비스 서버에서 모니터링하는 화면을 제시하였다. 서비스 서버 시스템의 고유 ID를 통해 해당 PV 어레이의 모니터링을 시작하며 실시간으로 스마트 계측 모듈과 통신 브릿지 모듈의 연결 상태 및 현재 생성된 전력량, 현재 전력 적산량, 전체 전력 적 산량을 수치 및 그래프를 통해 관리할 수 있도록 개발하였다.
PV 모듈의 구성은 직렬 6개와 병렬 2개를 연결하여 PV 셀을 통해 생성되는 전력을 1개의 전류센서를 통하여 PV에 의해 발생되는 전력에 대한 전류값을 계측하였다. 센서의 구성은 일사량 센서, 온도 센서를 통하여 외부 환경을 계측하도록 하였다. 계측 데이터의 전송은 무선 통신용 Zigbee 모듈과 유선 통신용 RS-485 모듈과 모듈 디버깅용 RS-232를 지원하도록 모듈을 구성하였다.
스마트 계측 모듈은 센서 계측보드로 SMPS (switching mode power supply)를 보드에 포함하여 상용전원 AC 220[V]를 사용하여 센서에 전원을 공급하였다. PV 모듈의 구성은 직렬 6개와 병렬 2개를 연결하여 PV 셀을 통해 생성되는 전력을 1개의 전류센서를 통하여 PV에 의해 발생되는 전력에 대한 전류값을 계측하였다.
그림 6의 (a)와 같이 직렬 6개와 병렬 2개로 연결된 PV 어레이를 제시하였다. 전류 센서를 포함하는 PV 모듈 2개를 병렬로 연결하여 PV 어레이를 구성하였으며 일사량/온도 센스를 포함하는 스마트 계측 보드를 연동 하였다.
그림 6의 (b)는 PV 어레이로부터 생성된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하기 위한 Dasstech사의 인버터에 서비스 서버에 계측정보를 전송하기 위한 통신 브릿지 모듈을 연동한 것으로 10분 간격으로 유선통신 기반의 RS-485를 통해 계측 모듈로부터 정보를 수신하도록 개발하였다. 태양광 발전시스템의 전체적인 계측 데이터를 전송하기 위하여 정의한 통신 프로토콜에 따라 메시지를 생성하여 TCP/IP를 통해 서버로 전송하도록 구현하였다.
통신 브릿지 모듈은 스마트 계측 모듈을 통해 측정된 전류, 일사량, 온도 등의 계측 정보와 인버터를 통한 PV 어레이의 정보를 취합하여 TCP/IP 통신을 통해 원격지 서비스 서버로 전송하는 모듈을 설계하였다. 이러한 통신 브릿지 모듈의 구성도는 그림 3과 같다.
계측 데이터의 전송은 무선 통신용 Zigbee 모듈과 유선 통신용 RS-485 모듈과 모듈 디버깅용 RS-232를 지원하도록 모듈을 구성하였다. 통신모듈의 구성은 태양광 발전시스템이 설치된 환경에 따라 무선/유선을 선택하여 적용할 수 있도록 스마트 계측 모듈을 설계하였다.

대상 데이터

센서의 구성은 일사량 센서, 온도 센서를 통하여 외부 환경을 계측하도록 하였다. 계측 데이터의 전송은 무선 통신용 Zigbee 모듈과 유선 통신용 RS-485 모듈과 모듈 디버깅용 RS-232를 지원하도록 모듈을 구성하였다. 통신모듈의 구성은 태양광 발전시스템이 설치된 환경에 따라 무선/유선을 선택하여 적용할 수 있도록 스마트 계측 모듈을 설계하였다.

후속연구

본 논문에서 구현한 태양광 관리시스템은 태양광 발전시스템의 오류 및 고장 검출 기능을 통하여 태양광 발전시스템의 결함 해결 방안을 통하여 보다 안정적인 에너지 포집 및 관리 서비스를 제공할 수 있으므로 유지보수 및 기타 관련 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스마트 그리드란 무엇인가?	스마트 그리드(smart grid) 기술은 전력 공급자와 소비자 사이를 실시간으로 전력정보를 교환함으로써 전력의 효율성을 높이는 전력망 관리 기술이다. 최근에는 유지보수 및 설치가 용이한 태양광 발전시스템에 대한 적용이 늘고 있다.
	전력망의 효율성을 높이는 스마트 그리드 산업이 확산되는 이유는 무엇인가?	현재 국내외적으로 지구온난화 및 자원고갈로 인하여 친환경 대체에너지에 대한 관심이 증가하고 있는 한편, 노후화된 전력망에 따른 송·배전 과정에서의 전력 손실 및 품질 하향으로 전력 생산과 소비 간의 불균형이 심화되면서 에너지 효율성이 낮아지는 원인을 제공 하고 있다. 이로 인해 최근 신재생에너지 산업 분야에서는 ICT(Information & Communication Technology) 기술력을 접목하여 전력 공급자와 소비자 간에 양방향 실시간으로 지능형 전력정보를 교환함으로써 전력망의 효율성을 높이는 스마트 그리드 산업이 확산되고 있다.
	태양광 발전 시스템의 단점은 무엇인가?	최근에는 유지보수 및 설치가 용이한 태양광 발전시스템에 대한 적용이 늘고 있다. 그러나 태양광 발전 시스템은 고장진단이 어려우며, PV(PhotoVoltaics) 어레이 및 인버터(inverter) 등의 결함과 기타 잠재적인 출력저하 요소로 인하여 발전량이 감소하기도 한다. 이처럼 태양광 발전 시스템을 통하여 안정적인 에너지 포집과 관리 및 조속한 고장 검출이 필수 요구사항이라 할 수 있다.

참고문헌 (5)

K. H. Kim and J. Y. Kim, "The Optimal Design and Economic Evaluation of a Stand-Alone RES Energy System for Residential, Agricultural and Commercial Sectors," Korean Chemical Engineering Research, vol. 54, no. 4, pp.470-478, Aug. 2016.

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K. S. Lee, "A Study on the Photovoltaic System Inverter Sizing," The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, vol. 65, no. 5, pp.804-810, Apr. 2016.

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G. B. Lee, "A Study on the Economic Evaluation of Photovoltaic System," Journal of Industrial science researches, vol. 28, no. 1, pp.147-152, Aug. 2010.
S. K. Firth, K. J. Lomas, and S. J. Rees, "A simple model of PV system performance and its use in fault detection," Solar Energy, vol. 84, no. 4, pp.624-635, Jun. 2010.

상세보기
G. H. Kim, "Designed of Intelligent Solar Tracking System using Fuzzy State-Space Partitioning Method," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 15, no. 10, pp.2072-2078, Oct. 2011.

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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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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