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스마트 시티용 IoT/LPWA 기반 저전력 태양광 패널 모니터링 시스템에 관한 연구
A Study on IoT/LPWA-based Low Power Solar Panel Monitoring System for Smart City 원문보기

韓國ITS學會 論文誌 = The journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, v.18 no.1, 2019년, pp.74 - 82  

팜민쭝 (서울과학기술대학교 IT융합공학과) ,  비나야감 마리아판 (서울과학기술대학교 나노IT디자인융합대학원) ,  차재상 (서울과학기술대학교 전자IT미디어공학과)

초록
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4차 산업혁명을 통해 지능형 연결 사회를 기반으로 한 스마트 시티가 형성되고 있다. 스마트 시티에서 태양 에너지를 비롯한 신재생 에너지의 사용이 증가하고 있으나, 신재생 에너지의 모니터링 및 관리의 어려움으로 인한 시스템 수요가 증가하고 있다. 또한 환경 및 물리적 요인에 대한 데이터를 수집하고 모니터링하기 위한 무선 센서네트워크 기반 IoT 기술이 접목되고 있으나, 실시간 측정을 위한 안정적인 전원 공급이 필수적인 상황이다. 이에 본 논문에서는 LoRaWan을 비롯한 IoT 기술 기반의 스마트 시티에 적용할 수 있는 효율적인 태양 에너지 기반 전력 관리 기법에 대하여 제안하였으며, 이를 기반으로 태양광 패널 시스템의 오동작 방지 및 모니터링을 수행할 수 있다. 제안한 기술을 통해 태양광 패널 시스템에서 생성된 전력을 최대로 출력하여 각 그리드에 분배할 수 있으며, Simulink 기반 시스템 모델링과 실시간 에뮬레이션을 기반으로 효율성을 입증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The revolution of industry 4.0 is enabling us to build an intelligent connection society called smart cities. The use of renewable energy in particular solar energy is extremely important for modern society due to the growing power demand in smart cities, but its difficult to monitor and manage in e...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • In this emulation, the proposed LoRaWAN network reliability for solar panel integrated smart city power system monitoring evaluated using packer delivery ratio (PDR) matrix. The PDR matrix is computed based on 500 packets exchanged between end-to-end node that is from the city monitoring center sink node to the each node of the solar panel integrated sensing nodes in real-time.
  • In this proposed system implementation, we used a wireless sensor node and gateway using DC-powered micro-controller (5V) to analyze and decode the signals received from the sensors.
  • The proposed solar panel monitoring system emulated using Solar Panel Model : IT-100W (21.5V), Rocket ES 15-12 (12V, 15AH), Custom DC-DC Controller with P&O MPPT controller, and Arduino Open source Hardware controller board interfaced with current, voltage, temperature, and light sensors and LoRaWAN controller as shown in [Fig. 6].
  • The proposed system is modeled with Battery charging system using MATLAB and performance analysed according to the MPPT controller with P&O technique as shown in [Fig. 4].
  • The proposed system simulation considered 12V voltage battery for charging under constant irradiation (1000W/m2) and Temperature condition (25℃). The Battery voltage charged gradually to reach 12V threshold and then stops.
  • The proposed system uses the low power micro-controller for data acquisition to analyze signals from sensors such as current sensors, voltage sensors, solar radiation sensors and temperature sensors. The proposed system model block diagram is shown in [Fig.
  • The solar energy fluctuations due to sunrise and sunset, solar energy output conversion ration in the panel direction with sunlights, and due to changing weather conditions. This paper proposes the design of PV array connected to resistive load through DC-DC boost converter with perturb and Maximum Power Point Tracking (MPPT) controller to enable maximum power output from solar panels. The proposed system simulated using MATLAB and results are discussed under constant as well as variable irradiation and temperature conditions.
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참고문헌 (10)

  1. Alex S. W. et al.(2012), "Ultra Low-Power Photovoltaic MPPT Technique for Indoor and Outdoor Wireless Sensor Nodes," 15th IEEE conference on DATE, pp.1-4. 

  2. Capella J. V. et al.(2013), "In line river monitoring of nitrate concentration by means of a wireless sensor network with energy harvesting," Sens. Actuators B Chemical, vol. 177, pp.419-427. 

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  4. Escolar S. et al.(2013), "Energy management in solar cells powered wireless sensor networks for quality of service optimization," Pers. Ubiquitous Comput, vol. 18, pp.449-464. 

  5. Himanshu S. et al.(2017), "Design Challenges in Solar Energy Harvesting Wireless Sensor Networks," Nanotechnology for Instrumentation and Measurement (NANOFIM) Workshop, 3rd IEEE International Conference, Gautam Budh University, Greater Noida, pp.442-448. 

  6. Ko K. W. et al.(2010), "Efficient solar energy harvester for wireless sensor nodes," IEEE International Conference on Communication Systems, pp.289-294. 

  7. Penella M. T. and Gasulla M.(2007), "A Review of Commercial Energy Harvesters for Autonomous Sensors," Proceedings of the IEEE IMTC 2007, pp.1-5. 

  8. Penella M. T. et al.(2009), "Powering wireless sensor nodes: Primary batteries versus energy harvesting," Proceedings of the 2009 IEEE IMTC, pp.1625-1630. 

  9. Rusydi M. I. et al.(2016), "Real-Time Measurement of Grid Connected Solar Panels Based on Wireless Sensor Network," ICSEE Conference, pp.95-99. 

  10. Vracar L. et al.(2016), Photovoltaic Energy Harvesting Wireless Sensor Node for Telemetry Applications Optimized for Low Illumination Levels. 

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