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KR20190075030A - 태양광 에너지를 이용한 화훼단지 관리 시스템 - Google Patents

태양광 에너지를 이용한 화훼단지 관리 시스템 Download PDF

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KR20190075030A
KR20190075030A KR1020190073403A KR20190073403A KR20190075030A KR 20190075030 A KR20190075030 A KR 20190075030A KR 1020190073403 A KR1020190073403 A KR 1020190073403A KR 20190073403 A KR20190073403 A KR 20190073403A KR 20190075030 A KR20190075030 A KR 20190075030A
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KR
South Korea
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battery
unit
motor
voltage
power
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KR1020190073403A
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한운기
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(주)위 에너지
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Abstract

본 발명은 신재생 에너지를 이용하여 생성된 전력을 사용하여 화훼단지 내의 수분 공급을 관리하는 화훼단지 관리 시스템으로서, 센서부로부터 측정된 화훼단지 내의 수분 상태, 에너지 생성부로부터 생성되는 전력 상태 및 배터리부의 충전 상태(State Of Charge)에 근거하여, 모터부의 모터 구동을 제어함으로써, 전력 이용 효율을 향상시킬 수 있고, 화훼단지의 수분 공급을 최적으로 관리할 수 있다.

Description

태양광 에너지를 이용한 화훼단지 관리 시스템 {FLORICULTURAL POT MANAGEMENT SYSTEM USING SOLAR ENERGY}
본 발명은 태양광 에너지를 이용한 화훼단지 관리 시스템에 관한 것으로서, 특히 화훼단지의 전력 공급 방식을 개선함으로써 화훼단지의 수분공급, 환기, 난방, 조명 등을 효율적으로 관리할 수 있는 화훼단지 관리 시스템에 관한 것이다.
최근 태양광이나 풍력과 같은 신재생 에너지를 이용한 전원 공급 시스템이 많이 개발되고 있으며, 이러한 전원 공급 시스템을 식물 재배 등에 적용하는 사례가 늘고 있다.
구체적인 일례로서, 한국공개특허 제10-2016-0109581호에 의하면, 태양광을 이용한 에너지 저장시스템을 구현하고, 식물농장의 조건(재배, 관리 등)에 최적화된 제어 시스템을 구축하며, 다양한 센서와의 연동하여 온도, 습도, 조도의 변화에 따라 자동으로 제어시스템이 동작하도록 하며, 블루투스 통신 방식을 적용하여 이를 원격에서 스마트 기기로 제어가 가능하도록 한 신재생 에너지를 이용한 식물농장 시스템에 대해 개시하고 있다.
또 다른 일례로서, 한국등록특허 제10-1021182호에 의하면, 학교 옥상과 같은 유휴지에 재배지 및 재배지를 운영하는 데 필요한 에너지를 공급하기 위한 신재생 에너지를 생산할 수 있는 설비를 구비하고, 재배지를 다수의 블록들로 분할하여 다수의 사용자들 및 운영자들에게 분배하고, 각 사용자 및 운영자들이 분배받은 해당 블록의 재배지를 원격지에서 재배 및 모니터링 할 수 있는 신재생 에너지를 이용한 그린하우스 모니터링 및 성장 관리 시스템 및 방법에 대해 개시하고 있다.
그러나 이러한 종래의 태양광 등을 이용한 식물재배 관리 시스템들은, 재배 단지 내에 안정적인 수분을 공급하기 위해 전력 공급을 최적화하는 문제에 대해 고려한 바가 없었다. 따라서 필요 이상의 태양광 패널의 설치가 필요하고 전력 낭비가 많았다. 특히, 수분 공급을 위한 스프링클러를 동작시키는 모터에서의 초기 기동전류를 보상하기 위해, 평균 사용량보다 큰 공급 전력을 확보해야 하므로 전력 사용이 비효율적이다.
따라서 화훼단지의 수분공급, 환기, 난방, 조명 등을 자동으로 관리할 수 있으면서, 태양광이나 또는 별도의 다른 전력원으로부터의 전력을 최적으로 공급하여 전력 공급 효율을 향상시킬 수 있는 화훼단지 관리 시스템을 개발할 필요성이 있다.
한국공개특허 제10-2016-0109581호 한국등록특허 제10-1021182호
본 발명은 상기한 종래의 태양광을 이용한 화훼단지 관리 시스템에서의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 친환경적으로 생성된 전력을 최적의 방법으로 공급하여 전력 이용 효율을 향상시킬 수 있고, 이러한 전력을 이용하여 화훼단지의 수분 공급을 최적으로 관리할 수 있는 화훼단지 관리 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 화훼단지 관리 시스템은, 신재생 에너지를 이용하여 생성된 전력을 사용하여 화훼단지를 관리하는 화훼단지 관리 시스템으로서, 상기 화훼단지 내의 환경 상태를 측정하는 센서로 이루어진 센서부; 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 에너지 생성부; 상기 에너지 생성부로부터 전압을 받아 충전하고, 충전된 전압을 방전하여 출력하는 배터리부; 상기 에너지 생성부와 상기 배터리부로부터 전력을 공급받아 구동되는 다수의 모터로 이루어진 모터부; 및 상기 센서부, 에너지 생성부, 배터리부 및 모터부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다. 상기 제어부는 상기 센서부로부터 측정된 화훼단지 내의 환경 상태, 상기 에너지 생성부로부터 생성되는 전력 상태 및 상기 배터리부의 특성에 근거하여, 상기 모터부의 모터 구동을 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 화훼단지 관리 시스템은, 상기 화훼단지 내의 환경 상태를 측정하는 센서로 이루어진 복수의 센서부; 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 에너지 생성부, 상기 에너지 생성부로부터 전압을 받아 충전하고 충전된 전압을 방전하여 출력하는 배터리부, 및 상기 에너지 생성부와 상기 배터리부로부터 전력을 공급받아 구동되는 다수의 모터로 이루어진 모터부를 포함하는 복수의 구동부; 및 상기 센서부 및 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다. 상기 제어부는 상기 복수의 센서부로부터 측정된 화훼단지 내의 환경 상태, 상기 에너지 생성부로부터 생성되는 전력 상태 및 상기 배터리부의 특성과, 상기 복수의 센서부의 화훼단지 내의 설치 위치 및 상기 복수의 구동부의 화훼단지 내의 설치 위치에 근거하여, 상기 모터부의 모터 구동 및 상기 배터부의 충전 동작을 제어하는 것이 바람직하다.
상기 환경 상태는 상기 화훼 단지 내의 수분 상태이고, 상기 배터리부의 특성은 배터리의 충전 상태(State of Charge)인 것이 바람직하다.
상기 모터부는 상기 센서부의 수분 측정값에 따라 스프링클러를 동작시켜, 상기 화훼단지의 습도를 조절하는 모터를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 배터리부는, 상기 에너지 생성부로부터의 전력을 저장하는 배터리; 상기 배터리의 전압 및 전류를 측정하는 배터리 전압전류 측정회로; 상기 배터리에 충방전되는 전압을 조정하는 충방전 컨버터; 및 상기 배터리의 온도를 측정하는 배터리 온도 센서를 포함하여 이루어지며, 상기 제어부는 상기 전압전류 측정회로에서 측정된 전압 및 전류값과, 상기 배터리 온도 센서에서 측정된 배터리의 온도에 근거하여, 상기 배터리의 충전 상태를 판정하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 배터리 온도 센서에서 측정된 배터리의 온도와 미리 설정된 최적 배터리 온도와의 차이에 비례하여, 상기 배터리의 충전 전압을 조절하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 센서부로부터 수분 측정값에 근거하여 모터의 기동 여부를 판정하고, 상기 모터를 기동해야 하는 것으로 판정된 경우, 상기 에너지 생성부의 생성 전력과 상기 배터리부의 충전 전력의 합에 근거하여, 모터 기동에 필요한 전력이 준비되었는지를 판정하고, 상기 모터 기동에 필요한 전력이 준비된 경우에는 상기 모터부의 모터를 구동시키고, 상기 모터 기동에 필요한 전력이 준비되지 않은 경우에는 상기 배터리부의 배터리를 충전시키며, 상기 모터의 구동 이후에는, 상기 센서부로부터 수분 측정값에 근거하여 모터의 정지 여부를 판정하고, 상기 모터를 정지시켜야 하는 것으로 판정된 경우, 상기 모터를 정지시키고 상기 배터리를 충전시키는 것이 바람직하다.
상기 에너지 생성부의 생성 전력은 신재생 에너지를 전기 신호로 변환하여 전압 및 전류값을 측정하여 계산하고, 상기 배터리부의 충전 전력은 상기 배터리에서 출력되는 전압 및 전류값을 측정하여 계산하고, 상기 모터 기동에 필요한 전력량은 모터의 고유 특성에 근거하여 미리 설정되는 것이 바람직하다.
상기 신재생 에너지는 태양광, 수력 및 풍력을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 화훼단지 관리 시스템은, 상기 제어부와 통신하여 원격으로 상기 제어부를 제어할 수 있는 어플리케이션이 설치된 모바일 기기를 더 포함하고, 상기 제어부는 모바일 기기와의 통신을 위한 무선통신 모듈을 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 센서부로부터 측정된 화훼단지 내의 수분 상태, 상기 에너지 생성부로부터 생성되는 전력 상태 및 상기 배터리부의 충전 상태를 상기 모바일 기기에 송신하고, 상기 모바일 기기는 상기 어플리케이션을 통해, 상기 수분 상태, 전력 상태 및 충전 상태에 수신받고, 이에 근거하여 상기 모터부의 동작에 대한 명령을 상기 제어부로 송신하고, 상기 제어부는 상기 모터부의 동작에 대한 명령에 따라 상기 모터부의 모터 구동을 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 태양광 에너지를 이용한 화훼단지 관리 시스템은 다음과 같은 유리한 효과를 나타낸다.
첫째, 화훼단지 내의 수분 상태, 태양광 에너지에 의해 생성되는 전력 상태 및 배터리의 충전 상태(State Of Charge: SOC)에 근거하여, 수분 관리를 위한 모터의 구동을 제어함으로써, 전력 사용 효율을 높이고 태양광 발전 설비의 설치비 등을 절감할 수 있다.
둘째, DC 모터의 기동전류 특성에 맞추어 모터의 기동과 배터리의 충전 동작을 제어함으로써, 모터의 전력 사용에 최적화하여 전력을 공급할 수 있어서 전력 낭비를 줄일 수 있다.
셋째, 배터리 온도 변화에 따라 배터리의 특성, 즉 SOC, 임피던스, 사용 온도 및 충전 전압을 조절함으로써, 배터리를 효율적으로 사용할 수 있다.
넷째, 제어부와 모바일 기기의 무선통신을 통해, 사용자가 상기한 수분 상태, 전력 상태 및 충전 상태에 근거하여 모터 구동을 직접 원격으로 제어할 수 있다.
다섯째, 복수의 센서부와 복수의 구동부를 화훼단지 내에 설치하고, 각 센서부의 설치 위치와 각 구동부의 설치 위치를 연관시켜 선택적으로 구동부를 동작시킴으로써, 화훼단지 내의 개별 지역에 대한 선택적인 관리가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화훼단지 관리 시스템의 기능을 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화훼단지 관리 시스템에서 에너지 생성부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화훼단지 관리 시스템에서 배터리부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 DC 모터의 기동전류 특성을 설명하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화훼단지 관리 시스템에서 모터의 기동과 배터리의 충전 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 센서부로 구성된 화훼단지 관리 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
본 발명은 신재생 에너지를 이용한 화훼단지 관리 시스템으로서, 도 1에 본 발명의 실시예에 따른 화훼단지 관리 시스템의 기능을 개략적인 블록도로 나타내었다.
도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 화훼단지 관리 시스템은 에너지 생성부(100), 배터리부(200), 모터부(300), 센서부(400) 및 제어부(500)로 구성된다.
에너지 생성부(100)는 신재생 에너지를 전기 신호로 변환하여 출력하는 것으로서, 본 실시예에서는 태양광을 일례로서 설명한다. 구체적으로, 본 실시예의 에너지 생성부(100)는 도 2에 나타낸 바와 같이, PV 패널(Photovoltaic panel)(110), PV 전압전류 측정회로(120) 및 PV 컨버터(130)로 구성된다. 그러나 에너지 생성부(100)가 태양광 발전으로만 한정되는 것은 아니며, 수력이나 풍력을 이용하여 에너지 생성부를 구현할 수도 있다.
PV 패널(110)은 태양광을 직류 전압으로 변환하는 것으로서 실리콘 태양전지나 화합물 태양전지로 만들어지고, PV 전압전류 측정회로(120)는 PV 패널(110)에서 출력되는 전압 및 전류를 측정한다. PV 컨버터(130)는 PV 패널에서 입력되는 전압을 승압하여 DC 링크(LINK)에 인가한다.
다음으로, 배터리부(200)는 전압을 충방전하기 위한 것으로서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 배터리(210), 배터리 전압전류 측정회로(220), 충방전 컨버터(230), 배터리 온도 센서(240) 및 배터리 팬(250)으로 구성된다.
배터리(210)는 전력을 저장하기 위한 것으로서 다수의 배터리셀을 직렬 연결하여 구성할 수 있고, 충방전 컨버터(230)는 배터리(210)에 충전 및 방전되는 전압을 변환하는 기능을 한다. 충방전 컨버터(230)는 충전시에는 입력 전압을 감압하여 배터리(210)에 공급하고, 방전시에는 출력 전압을 승압하여 DC 링크에 인가한다.
배터리 전압전류 측정회로(220)는 배터리(210)에서 출력되는 전압 및 전류값을 측정하고, 배터리 온도 센서(240)는 배터리(210)의 온도를 측정한다. 측정된 전압 및 전류값과 온도에 근거하여 제어부(500)는 배터리(210)의 특성을 판정한다. 판정할 주된 특성은 충전 상태(State Of Charge)이며, 임피던스, 사용 온도 및 충전 전압도 추가로 판정할 수 있다.
예를 들어, 배터리(210)에 흐르는 충방전 전류를 적산하여 충전 상태(SOC)를 판정할 수 있다. 다른 방법으로서, 배터리(210)의 전압을 측정하고 측정된 전압으로부터 무부하 상태의 배터리 개방 전압(open loop voltage; OCV)을 추정하고 개방 전압 별 SOC 테이블을 참조하여 추정된 개방 전압에 해당하는 SOC를 맵핑하여 충전 상태(SOC)를 판정할 수도 있다.
한편, 배터리부(200)는 배터리(210)의 온도를 낮추기 위한 배터리 팬(250)을 추가로 포함한다. 이러한 팬(250)에 의해 배터리(210)의 온도를 낮춤으로써 배터리(210)의 효율을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 부동 충전 방식으로 배터리(210)를 충전하며, 배터리(210)의 부동 충전 전압은 배터리 온도 센서(240)에서 측정된 배터리(210)의 온도에 따라 조절될 수 있다. 즉, 미리 설정된 최적 배터리 온도값과 측정된 배터리 온도값의 차이에 따라, 배터리(210)의 충전 전압을 조절한다. 최적 배터리 온도는 배터리(210)의 고유 특성에 따라 설정될 수 있다.
예를 들어 최적 배터리 온도를 25℃로 설정한 경우, [(측정 온도값 - 25℃) x -3mV]의 값만큼 부동 충전 전압을 조정할 수 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 배터리부(200)를 채용함으로써, 에너지 절약에 매우 유리할 뿐만 아니라, 부수적으로 무정전 시스템으로의 구현도 가능하다.
다음으로, 센서부(300)는 화훼단지 내의 환경 상태를 측정한다. 구체적으로, 화훼단지 내의 수분, 환기, 난방 및 조명 상태를 측정하는 것으로서, 일반적인 수분 센서, 환기 센서, 온도 센서, 조도 센서 등으로 구성할 수 있다. 여기서는 수분 센서를 중심으로 설명한다.
다음으로, 모터부(400)는 상기 센서부(300)의 측정값에 따라 스프링클러를 동작시켜 상기 화훼단지 내의 수분을 조절하는 모터로 구성할 수 있다. 모터는 소형화가 용이하고 배터리 효율이 좋은 BLDC 모터를 사용하는 것이 바람직하다.
모터부(400)는 에너지 생성부(100)의 생성 전력과 배터리부(200)의 충전 전력이 인가되는 DC 링크를 통해서 전력을 공급받으며, 제어부(500)의 명령에 따라 각 모터를 구동한다.
다음으로, 제어부(500)는 하나의 마이크로컨트롤러 유닛(MCU: Micro Controller Unit)으로 이루어지며, 에너지 생성부(100), 배터리부(200), 센서부(300), 모터부(400)의 동작을 제어한다.
구체적으로 제어부(500)는 센서부(300)로부터 측정된 수분 상태와, 에너지 생성부(100)로부터 생성되는 전력 상태와, 배터리부(200)의 충전 상태(SOC)에 근거하여, 모터부(400)의 모터 구동 여부를 결정한다.
일반적으로 DC 모터의 경우, 도 4에 나타낸 바와 같은 기동전류 특성을 나타낸다. 즉, 기동 시에만 많은 전류가 소모되며, 이후에는 일정한 정상전류를 소모한다. 구체적으로, 초기 모터 기동 시에 정상전류의 출력량의 300%를 확보해야 시스템 출력 및 발전이 가능하므로, 효율성 및 경제성이 떨어진다. 따라서 배터리 전력을 이용하여 기동전류 부분을 보완할 필요성이 있다.
이를 고려하여, 본 발명에서는 모터의 기동과 배터리의 충전 동작을 도 5에 나타낸 흐름도와 같이 제어함으로써, 전력 사용 효율을 높이고 있으며, 이하에서 이에 대해 설명한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 제어부(500)는 센서부(300)로부터 화훼단지 내의 수분 상태를 수신하여 모터의 기동 여부를 판정한다.
즉, 수분 상태가 기준값 이상의 양호한 상태이면, 제어부(500)는 모터를 기동하지 않고 배터리 충전 동작을 계속한다. 반면, 수분 상태가 기준값 이하의 나쁜 상태일 경우, 제어부(500)는 모터를 기동하여 스프링클러를 동작시켜야 하는 것으로 판정한다 (단계 100).
만일 모터를 기동해야 하는 것으로 판정된 경우, 제어부(500)는 에너지 생성부(100)의 생성 전력과 배터리부(200)의 충전 전력의 합에 근거하여, 모터 기동에 필요한 전력이 준비되었는지를 판정한다 (단계 200).
즉, 에너지 생성부(100)의 생성 전력과 배터리부(200)의 충전 전력의 합이 모터 기동에 필요한 전력량 이하일 경우에는, 모터 기동에 필요한 전력이 준비되지 않은 상태로 판정하고, 배터리부(200)의 배터리(210)를 계속 충전시킨다. 반면, 에너지 생성부(100)의 생성 전력과 배터리부(200)의 충전 전력의 합이 모터 기동에 필요한 전력량 이상일 경우에는, 모터 기동에 필요한 전력이 준비된 상태로 판정하고, 모터를 구동시킨다. 이때 모터 기동에 필요한 전력이 준비되지 않은 상태일 때, 별도의 다른 발전기와 같은 전력원을 추가로 사용하여 모터를 구동시킬 수도 있다.
이때 에너지 생성부(100)의 생성 전력은 PV 전압전류 측정회로(120)로의 전압 및 전류값으로부터 계산할 수 있고, 배터리부(200)의 충전 전력은 배터리 전압전류 측정회로(220)의 전압 및 전류값으로부터 계산할 수 있다. 또한, 모터 기동에 필요한 전력량은 모터의 고유 특성에 근거하여 미리 설정한다.
상기와 같이 모터가 구동된 이후에는, 센서부(300)로부터 측정값에 근거하여 모터의 정지 여부를 판정한다 (단계 300).
즉, 스프링클러의 가동으로 인해 수분 상태가 기준값 이상의 양호한 상태로 회복되었을 경우, 제어부(500)는 모터를 정지해야 하는 것으로 판정한다.
모터를 정지시켜야 하는 것으로 판정한 경우, 모터는 정지되고 배터리(210)를 충전시킨다. 배터리(210)는 최대로 충전하여 그 상태를 유지한다.
상기와 같이 모터의 기동과 배터리의 충전 동작을 제어함으로써, DC 모터의 기동전류 특성에 맞게 배터리의 충전 전력을 이용할 수 있다.
상기한 실시예에서는 단일 구성의 센서부(300)를 이용한 화훼단지 관리 시스템에 대해 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예로서, 복수의 센서부(310, 320, 330, 340, 350, 360)를 설치하고, 이에 따라 다수의 스프링클러를 구동할 수 있는 복수의 구동부(610, 620, 630, 640)를 설치하여 시스템을 구성할 수 있다.
도 6에 이러한 복수의 센서부(310, 320, 330, 340, 350, 360)로 구성된 화훼단지 관리 시스템의 개략적인 구성을 나타내었다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 이러한 화훼단지 관리 시스템은 복수의 센서부(310, 320, 330, 340, 350, 360), 복수의 구동부(610, 620, 630, 640) 및 제어부(500)로 구성된다.
복수의 센서부(310, 320, 330, 340, 350, 360) 각각은 앞서 설명한 센서부(300)와 동일한 구성으로서, 화훼단지의 곳곳에 개별적으로 설치되어, 단지 내의 환경 상태를 측정한다. 각 센서부에서 측정된 값(예를 들어, 수분값)은 제어부(500)로 송신되고, 제어부(500)는 수신된 측정값을 분석하여 구동부의 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(500)는 모든 측정값의 평균값을 이용하여 복수의 구동부(610, 620, 630, 640)를 일괄적으로 제어할 수도 있고, 각 센서부의 설치 위치와 각 구동부의 설치 위치를 연관시켜, 선택적으로 구동부를 동작시킬 수도 있다. 구동부의 선택적 동작은 스프링클러의 선택적 동작으로 이어져서, 단지 내에서 습도가 낮은 지역에만 선택적으로 습도를 높이는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 센서부 610 및 620로부터 수신된 수분 측정값이 기준값 이하의 상태일 경우, 제어부(500)는 센서부 610 및 620이 설치된 위치에 가까운 스프링클러만 동작하도록 해당 스프링클러에 연결된 구동부의 모터를 기동한다. 스프링클러를 동작시키지 않는 구동부에 대해서는 모터를 기동하지 않고 배터리 충전 동작을 실행한다. 이와 같이 구동부를 개별적으로 제어함으로써, 화훼단지 내의 지역을 구분하여 선택적으로 관리할 수 있다.
한편, 각각의 구동부는 도 1에 나타낸 모터부(400)만으로 구성할 수도 있으나, 에너지 생성부(100)나 배터리부(200)를 더 포함하여 구성할 수도 있다.
각각의 구동부를 모터부(400)만으로 구성할 경우에는 상용 전원 등으로부터 유선 혹은 무선으로 구동부에 전력을 공급하게 된다. 반면, 각 구동부에 모터부(400)와 더불어 에너지 생성부(100)나 배터리부(200)를 포함시킨 경우에는, 유선 혹은 무선의 전력 공급이 필요하지 않고, 각 구동부는 신재생 에너지 등으로부터 자체적으로 전력을 생산하여 사용한다.
복수의 센서부(310, 320, 330, 340, 350, 360)와 복수의 구동부(610, 620, 630, 640)는 동일한 개수로 동일한 위치에 쌍으로 설치할 수 있으나, 반드시 그러한 구성으로 할 필요는 없다. 즉, 도 6에도 나타낸 바와 같이, 구동부(610, 620, 630, 640)보다 많은 개수의 센서부(310, 320, 330, 340, 350, 360)를 설치하고, 각 센서부의 위치 및 측정값과, 각 구동부의 위치에 근거하여, 제어부(500)가 동작시킬 구동부를 선택할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 화훼단지 관리 시스템은 무선 네트워크를 통해 각 구성부간에 통신을 실행할 수 있다. 무선통신은 예를 들어, 와이파이(Wi-Fi), 와이브로(WiBro), 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZiBee), RF 모뎀, 적외선 등의 통신방법을 채용할 수 있다.
무선통신을 위해, 제어부(500)와 복수의 센서부(310, 320, 330, 340, 350, 360) 및 구동부(610, 620, 630, 640)는 무선통신 모듈을 각각 내장하고 있으며, 각 센서부와 각 구동부는 고유의 식별자(ID)를 포함한다. 만일, 센서부와 구동부를 동일 개수로 동일 위치에 쌍으로 설치할 경우에는, 한 쌍의 센서부와 구동부에 대해 하나의 무선통신 모듈과 하나의 고유 식별자만 설치해도 된다.
한편, 본 발명의 화훼단지 관리 시스템에서는 각 센서부로부터 반드시 연속적인 측정이 필요하지 않고, 주기적 혹은 간헐적인 측정만으로 충분하므로, 측정이 실행된 시점에만 무선통신을 실행하는 것이 바람직하다. 즉, 일정한 시간 간격을 두고 제어부(500)와 각 센서부가 데이터를 송수신 하도록 설정함으로써, 통신용 전력 사용량을 감소시켜 에너지를 절약할 수 있다.
또한, 본 발명의 화훼단지 관리 시스템은 무선 네트워크가 구축되어 있으므로, 무선 네트워크를 통해 제어부(500)를 원격으로 조정할 있다. 즉, 무선 네트워크를 통해 제어부(500)와 통신할 수 있는 어플리케이션이 설치된 모바일 기기(도시하지 않음)를 이용하여, 관리 시스템의 모니터링 및 제어가 가능하다.
구체적으로, 제어부(500)는 센서부(300)로부터 측정된 화훼단지 내의 수분, 환기, 난방 및 조명 상태와, 에너지 생성부(100)로부터 생성되는 전력 상태와, 배터리부(200)의 충전 상태를, 스마트폰이나 PDA(Personal Digital Assistant) 등의 모바일 기기에 송신한다. 모바일 기기는 상기 어플리케이션을 통해, 상기 수분 상태, 전력 상태 및 충전 상태에 수신받고, 이에 근거하여 각 구동부의 동작에 대한 명령을 제어부(500)로 송신한다. 물론, 각 구동부의 동작에 대한 명령은 모바일 기기 사용자의 명령 입력에 의해 실행된다. 제어부(500)는 무선통신 모듈을 통해 구동부의 동작에 대한 명령을 수신하고 그에 따라 구동부의 동작을 제어한다.
또한, 본 발명의 화훼단지 관리 시스템은 별도의 서버 시스템과 연동시켜 데이터를 체계적으로 관리할 수도 있다. 즉, 서버 시스템이 무선 네트워크를 통해 제어부 혹은 모바일 기기로부터 화훼단지 관리와 관련된 각종 정보를 수신하고, 이를 수집 및 분석하여, 분석된 데이터를 근거로 더욱 효율적으로 화훼단지를 관리하는 것이 가능하다.
본 발명은 상기한 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다.
100 에너지 생성부 110 PV 패널
120 PV 전압전류 측정회로 130 PV 컨버터
200 배터리부 210 배터리
220 배터리 전압전류 측정회로 230 충방전 컨버터
240 배터리 온도 센서 250 배터리 팬
300, 310, 320, 330, 340, 350, 360 센서부
400 모터부 500 제어부
610, 620, 630, 640 구동부

Claims (2)

  1. 신재생 에너지를 이용하여 생성된 전력을 사용하여 화훼단지를 관리하는 화훼단지 관리 시스템으로서,
    상기 화훼단지 내의 환경 상태를 측정하는 센서로 이루어진 센서부;
    신재생 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 에너지 생성부;
    상기 에너지 생성부로부터 전압을 받아 충전하고, 충전된 전압을 방전하여 출력하는 배터리부;
    상기 에너지 생성부와 상기 배터리부로부터 전력을 공급받아 구동되는 다수의 모터로 이루어진 모터부; 및
    상기 센서부, 에너지 생성부, 배터리부 및 모터부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지며,
    상기 제어부는 상기 센서부로부터 측정된 화훼단지 내의 환경 상태, 상기 에너지 생성부로부터 생성되는 전력 상태 및 상기 배터리부의 특성에 근거하여, 상기 모터부의 모터 구동을 제어하는 것을 포함하고,
    상기 환경 상태는 상기 화훼 단지 내의 수분 상태이고,
    상기 배터리부의 특성은 배터리의 충전 상태(State of Charge)이며,
    상기 모터부는 상기 센서부의 수분 측정값에 따라 스프링클러를 동작시켜, 상기 화훼단지의 습도를 조절하는 모터를 포함하고,
    상기 배터리부는
    상기 에너지 생성부로부터의 전력을 저장하는 배터리;
    상기 배터리의 전압 및 전류를 측정하는 배터리 전압전류 측정회로;
    상기 배터리에 충방전되는 전압을 조정하는 충방전 컨버터; 및
    상기 배터리의 온도를 측정하는 배터리 온도 센서를 포함하여 이루어지며,
    상기 제어부는 상기 전압전류 측정회로에서 측정된 전압 및 전류값과, 상기 배터리 온도 센서에서 측정된 배터리의 온도에 근거하여, 상기 배터리의 충전 상태, 임피던스, 사용온도 및 충전 전압을 판정하되,
    상기 제어부는,
    배터리의 전압을 측정하고 측정된 전압으로부터 무부하 상태의 배터리 개방 전압(open loop voltage; OCV)을 추정하고 개방 전압 별 SOC 테이블을 참조하여 추정된 개방 전압에 해당하는 SOC를 맵핑하여 배터리의 충전 상태(SOC)를 판정하며,
    상기 배터리부는 배터리 팬을 더 포함하고,
    상기 제어부와 통신하여 원격으로 상기 제어부를 제어할 수 있는 어플리케이션이 설치된 모바일 기기를 더 포함하고,
    상기 제어부는 모바일 기기와의 통신을 위한 무선통신 모듈을 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 센서부로부터 측정된 화훼단지 내의 수분 상태, 상기 에너지 생성부로부터 생성되는 전력 상태 및 상기 배터리부의 충전 상태를 상기 모바일 기기에 송신하고,
    상기 모바일 기기는 상기 어플리케이션을 통해, 상기 수분 상태, 전력 상태 및 충전 상태에 수신받고, 이에 근거하여 상기 모터부의 동작에 대한 명령을 상기 제어부로 송신하고,
    상기 제어부는 상기 모터부의 동작에 대한 명령에 따라 상기 모터부의 모터 구동을 제어하고,
    상기 무선통신 모듈은 상기 센서부로 측정이 실행된 시점에만 무선통신 될 수 있도록 일정한 시간 간격을 두고 상기 제어부와 상기 센서부가 데이터를 송수신하도록 설정될 수 있고,
    상기 제어부는
    상기 센서부로부터 수분 측정값에 근거하여 모터의 기동 여부를 판정하고,
    상기 모터를 기동해야 하는 것으로 판정된 경우, 상기 에너지 생성부의 생성 전력과 상기 배터리부의 충전 전력의 합에 근거하여, 모터 기동에 필요한 전력이 준비되었는지를 판정하고,
    상기 모터 기동에 필요한 전력이 준비된 경우에는 상기 모터부의 모터를 구동시키고, 상기 모터 기동에 필요한 전력이 준비되지 않은 경우에는 상기 배터리부의 배터리를 충전시키며,
    상기 모터의 구동 이후에는, 상기 센서부로부터 수분 측정값에 근거하여 모터의 정지 여부를 판정하고,
    상기 모터를 정지시켜야 하는 것으로 판정된 경우, 상기 모터를 정지시키고 상기 배터리를 충전시키며,
    상기 제어부는
    상기 배터리를 부동 충전 방식으로 충전할 수 있도록 상기 배터리 온도 센서에서 측정된 배터리의 온도와 미리 설정된 최적 배터리 온도와의 차이에 비례하여, 상기 배터리의 충전 전압을 조절하고,
    상기 최적 배터리 온도를 임의로 설정한 경우, [(측정 온도값 - 임의로 설정한 값) x -3mV]의 값만큼 부동 충전 전압을 조절하며,
    상기 에너지 생성부의 생성 전력은 신재생 에너지를 전기 신호로 변환하여 전압 및 전류값을 측정하여 계산하고,
    상기 배터리부의 충전 전력은 상기 배터리에서 출력되는 전압 및 전류값을 측정하여 계산하고,
    상기 모터 기동에 필요한 전력량은 모터의 고유 특성에 근거하여 미리 설정되며,
    상기 신재생 에너지는 태양광, 수력 및 풍력을 포함하는 것을 특징으로 하는 화훼단지 관리 시스템.
  2. 신재생 에너지를 이용하여 생성된 전력을 사용하여 화훼단지를 관리하는 화훼단지 관리 시스템으로서,
    상기 화훼단지 내의 환경 상태를 측정하는 센서로 이루어진 복수의 센서부;
    신재생 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 에너지 생성부, 상기 에너지 생성부로부터 전압을 받아 충전하고 충전된 전압을 방전하여 출력하는 배터리부, 및 상기 에너지 생성부와 상기 배터리부로부터 전력을 공급받아 구동되는 다수의 모터로 이루어진 모터부를 포함하는 복수의 구동부; 및
    상기 센서부 및 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지며,
    상기 제어부는 상기 복수의 센서부로부터 측정된 화훼단지 내의 환경 상태, 상기 에너지 생성부로부터 생성되는 전력 상태 및 상기 배터리부의 특성과, 상기 복수의 센서부의 화훼단지 내의 설치 위치 및 상기 복수의 구동부의 화훼단지 내의 설치 위치에 근거하여, 상기 모터부의 모터 구동 및 상기 배터리부의 충전 동작을 제어하고,
    상기 환경 상태는 상기 화훼 단지 내의 수분 상태이고,
    상기 배터리부의 특성은 배터리의 충전 상태(State of Charge)이며,
    상기 모터부는 상기 센서부의 수분 측정값에 따라 스프링클러를 동작시켜, 상기 화훼단지의 습도를 조절하는 모터를 포함하고,
    상기 배터리부는
    상기 에너지 생성부로부터의 전력을 저장하는 배터리;
    상기 배터리의 전압 및 전류를 측정하는 배터리 전압전류 측정회로;
    상기 배터리에 충방전되는 전압을 조정하는 충방전 컨버터; 및
    상기 배터리의 온도를 측정하는 배터리 온도 센서를 포함하여 이루어지며,
    상기 제어부는 상기 전압전류 측정회로에서 측정된 전압 및 전류값과, 상기 배터리 온도 센서에서 측정된 배터리의 온도에 근거하여, 상기 배터리의 충전 상태, 임피던스, 사용온도 및 충전 전압을 판정하되,
    상기 제어부는,
    배터리의 전압을 측정하고 측정된 전압으로부터 무부하 상태의 배터리 개방 전압(open loop voltage; OCV)을 추정하고 개방 전압 별 SOC 테이블을 참조하여 추정된 개방 전압에 해당하는 SOC를 맵핑하여 배터리의 충전 상태(SOC)를 판정하며,
    상기 배터리부는 배터리 팬을 더 포함하고,
    상기 제어부와 통신하여 원격으로 상기 제어부를 제어할 수 있는 어플리케이션이 설치된 모바일 기기를 더 포함하고,
    상기 제어부는 모바일 기기와의 통신을 위한 무선통신 모듈을 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 센서부로부터 측정된 화훼단지 내의 수분 상태, 상기 에너지 생성부로부터 생성되는 전력 상태 및 상기 배터리부의 충전 상태를 상기 모바일 기기에 송신하고,
    상기 모바일 기기는 상기 어플리케이션을 통해, 상기 수분 상태, 전력 상태 및 충전 상태에 수신받고, 이에 근거하여 상기 모터부의 동작에 대한 명령을 상기 제어부로 송신하고,
    상기 제어부는 상기 모터부의 동작에 대한 명령에 따라 상기 모터부의 모터 구동을 제어하고,
    상기 무선통신 모듈은 상기 센서부로 측정이 실행된 시점에만 무선통신 될 수 있도록 일정한 시간 간격을 두고 상기 제어부와 상기 센서부가 데이터를 송수신하도록 설정될 수 있고,
    상기 제어부는
    상기 센서부로부터 수분 측정값에 근거하여 모터의 기동 여부를 판정하고,
    상기 모터를 기동해야 하는 것으로 판정된 경우, 상기 에너지 생성부의 생성 전력과 상기 배터리부의 충전 전력의 합에 근거하여, 모터 기동에 필요한 전력이 준비되었는지를 판정하고,
    상기 모터 기동에 필요한 전력이 준비된 경우에는 상기 모터부의 모터를 구동시키고, 상기 모터 기동에 필요한 전력이 준비되지 않은 경우에는 상기 배터리부의 배터리를 충전시키며,
    상기 모터의 구동 이후에는, 상기 센서부로부터 수분 측정값에 근거하여 모터의 정지 여부를 판정하고,
    상기 모터를 정지시켜야 하는 것으로 판정된 경우, 상기 모터를 정지시키고 상기 배터리를 충전시키며,
    상기 제어부는
    상기 배터리를 부동 충전 방식으로 충전할 수 있도록 상기 배터리 온도 센서에서 측정된 배터리의 온도와 미리 설정된 최적 배터리 온도와의 차이에 비례하여, 상기 배터리의 충전 전압을 조절하고,
    상기 최적 배터리 온도를 임의로 설정한 경우, [(측정 온도값 - 임의로 설정한 값) x -3mV]의 값만큼 부동 충전 전압을 조절하며,
    상기 에너지 생성부의 생성 전력은 신재생 에너지를 전기 신호로 변환하여 전압 및 전류값을 측정하여 계산하고,
    상기 배터리부의 충전 전력은 상기 배터리에서 출력되는 전압 및 전류값을 측정하여 계산하고,
    상기 모터 기동에 필요한 전력량은 모터의 고유 특성에 근거하여 미리 설정되며,
    상기 신재생 에너지는 태양광, 수력 및 풍력을 포함하는 것을 특징으로 하는 화훼단지 관리 시스템.
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