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태양 추적기가 목표를 유지하는 방법

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효과적인 태양 추적 장비 제조를 위한 신뢰성 있는 자동화 설비 필요

태양 추적기는 광전지판, 반사판, 렌즈 또는 그 밖의 광학장치들을 태양을 향해 지향시킨다. 하늘에서 태양의 위치는 계절과 하루의 시간에 따라서 변하기 때문에, 추적기를 사용하여 집광 시스템을 정렬시켜 에너지 생산을 극대화한다.

추적기 사용을 결정할 때는 여러 가지 요인들이 평가되어야 한다. 태양광 기술의 종류, 직사광선 조사량, 시스템이 설치되는 지역의 기준가격 지원제도, 추적기 설치 및 유지 보수 비용. 또한, 장비제조업체는 태양추적기를 구동시키는 자동화 시스템을 고려해야 한다.

태양추적기의 기초

집속형 태양 전지판(concentrated photovoltaic panels, CPV) 또는 집속형 태양 광발전 (concentrated solar power, CSP)은 반사판 또는 렌즈의 초점에서 햇빛의 정밀한 방향을 달성하기 위하여 높은 정확도를 필요로 한다. 비집속형 적용분야는 추적을 필요로 하지 않지만 추적기를 사용하면 시스템에 의해 생성되는 총출력을 개선할 수 있다.

다양한 비용과 정교함 및 성능을 가진 많은 종류의 태양추적기가 있다. 추적기의 두 가지 기본 범주는 단축형과 이축형이다.

단축형 태양추적기는 수평축 또는 수직축을 가질 수 있다. 수평축은 태양이 정오에 매우 높지만 주간이 짧은 열대 지역에서 사용된다. 수직형은 태양이 매우 높지는 않지만, 여름날이 매우 길 수 있는 고위도에서 사용된다. 집속형 태양발전 분야에서 단축형 추적기는 타원형 및 선형 프레넬(Fresnel) 거울 설계와 함께 사용된다.

이축형 태양추적기는 수평축과 수직축을 모두 갖고 있으며, 이로 인하여 실제로 세계 어느 곳에서든지 태양의 겉보기 움직임 추적이 가능하다.

2개의 축을 사용하는 CSP 분야는 태양광 발전탑과 접시(Stirling 엔진) 시스템을 포함하고 있다. 이축형 추적은 거울과 타워 구조물에 위치한 중앙 수신기 사이의 긴거리로부터 발생되는 각도 오차로 인하여 태양광 타워에서 매우 중요하다.

전형적으로 많은 태양 PV 분야들이 이축형 추적기를 활용하여 태양 전지판을 태양광선에 수직으로 위치시킨다. 이것은 전지판을 하루에 최대 시간 동안 직사광선에서 유지함으로써 총 출력을 극대화시킨다.

핵심 구성요소

추적 시스템의 주요 요소들은 다음과 같다.

• 태양 추적 알고리즘: 이것은 태양 전지판이나 반사판을 태양을 향한 지점에 정치시키는데 사용되는 태양 방위각과 천정각을 계산한다. 일부 알고리즘은 수학적이며 천문학적 기준을 기반으로 하는 반면, 다른 것들은 실시간 광도 기록 값을 활용한다.

• 제어장치: 제어장치는 태양추적 알고리즘을 실행하고 측위 시스템의 움직임을 조정한다.

• 측위 시스템: 측위 시스템은 전지판이나 반사경을 움직여 최적 각도에서 태양을 향하도록 한다. 일부 측위 시스템은 전동식이며 일부는 유압식이다. 전동식 시스템은 인코더와 가변 주파수 구동장치 또는 선형 액추에이터를 사용하여 전지판의 현재 위치를 모니터하고 원하는 위치로 이동시킨다.

• 구동장치/전달장치: 구동장치는 선형 액추에이터, 선형 구동장치, 유압 실린더, 선회 구동장치, 웜 기어(worm gear), 유성기어 및 나사형 스핀들을 포함하고 있다.

• 감지장치: 추적 알고리즘에서 광도를 사용하는 추적기를 위해서는 광도를 읽기위하여 일시계(pyranometer)를 필요로 한다. 압력, 온도 및 습도에 대한 주변조건 모니터링 역시 효율성 및 출력 최적화에 필요하다.

추적기 제어 알고리즘

추적기 제어 알고리즘은 일반적으로 개(open)루프와 폐(closed)루프 제어 사이의 복합방식인 제어전략을 통합하고 있다. 개방 루프 구성품은 태양이 구름에 의해 방해를 받아 피드백 신호를 제거하거나 왜곡시킬 수 있기 때문에 필요하다. 폐 루프 구성품은 설치, 조립, 교정 및 인코더 장착시 가변성으로부터 발생하는 오차의 위험을 줄이는데 필요하다.

폐 루프 시스템은 태양에 지향되어 제한된 시야를 갖는 일련의 렌즈나 센서에 의존하여 태양을 추적하며, 항상 햇빛에 의하여 충분히 조광된다. 태양의 움직임에 따라서 이것은 하나 또는 그 이상의 센서를 가리기 시작한다. 시스템은 이것을 감지하여 모터나 액추에이터를 활성화시켜서 장치를 모든 센서가 다시 동일하게 조광 되는 원래 위치로 움직인다.

개 루프 시스템은 센서를 통하여 물리적으로 태양을 따르지 않고(교정을 위해 센서가 사용될 수 있음) 태양을 추적한다. 이러한 시스템은 일반적으로 장치 모터나 액추에이터를 조절하여 수학공식을 바탕으로 태양을 추적하는 전자식 논리를 바탕으로 하고 있다.

극립재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory, NREL) 기술보고서(NREL/TP-560-34302, 2008년 1월 개정)는 태양복사 응용분야에서 태양위치 알고리즘을 위한 정보와 코드의 예를 제공한다.

이 보고서는 알고리즘을 수행하여 태양천정각과 방위각을 계산하는 단계별 절차서이다. 로크웰 오토메이션은 이 보고서를 사용하여 추적기 장비를 개발하는 장비제조업체가 작성할 수 있도록 표준 논리 서식을 확립하였다.

수학적 계산이 정확하게 수행되기 위해서는 위치에 해당하는 데이터를 입력하여야 한다. 그 값에는 시간대, 경도, 위도, 압력, 고도, 온도, 표면 경사, 표면 방위각 회전 및 델타 T(지구 회전시간과 지상 시간 사이의 차이)가 포함된다.

지역 변수들이 입력되면 프로그램은 수평회전을 판단하는데 사용되는 방위각과 수직 기울기 또는 고도를 판단하는데 사용되는 천정각을 계산한다. 장비제조업체는 원하는 장비를 사용하여 계산된 각도를 바탕으로 추적기를 정치시킨다.

In Position

태양추적기를 위한 로크웰 오토메이션 제어 구조는 Allen-Bradley® MicroLogix™ 컨트롤러를 기반으로 한다. 이 컨트롤러는 태양전지판, 거울 또는 렌즈를 태양으로 정치하여 태양 에너지를 포착하는데 도움을 준다.
MicroLogix 컨트롤러는 하루 시간에 대해 최적 추적기 위치를 수학적으로 해결하는 측위 알고리즘을 구비하고 있다. 계산 출력은 천정각과 방위각이다. 사용되는 추적기의 종류에 따라서(단축형 또는 이축형) 이각도의 하나 또는 모두를 사용하여 태양광 집속장치를 정치시킨다.

위치 루프(position loop)는 축이 그렇게 구비된 경우에 컨트롤러 또는 드라이브에서 폐쇄될 수 있다. 컨트롤러가 사용되는 경우에는 내장형 고속카운터(High Speed Counter, HSC) 명령어와 MicroLogix 컨트롤러로의 해당 입력이 사용된다.
외부 인코더를 수용하는 드라이브를 사용하면 위치 루프가 해당 드라이브 안에서 관리되도록 한다.
집속형 태양광 분야는 최대의 일정한 출력 발생을 제공하기 위해 보다 정밀한 측위를 필요로 하기 때문에 측위 능력을 가진 드라이브가 종종 사용된다. Allen-Bradley PowerFlex® 드라이브 제품군 중 일부 모델은 위치를 관리하고 유지하는 적절한 기어 박스 감속비와 결합될 수 있는 측위 특성을 제공한다.

태양광 단지에서 많은 추적기 설치를 필요로 하는 분야에서는 추적기를 조정하고 모니터하기 위하여 중앙 컨트롤러가 종종 필요하다. Allen-Bradley ControlLogix® 또는 CompactLogix™ PAC는 이를 만족시키며, 로크웰 오토메이션 통합 아키텍처(Integrated Architecture™)의 능력에 대한 여지를 열어 두고 있다. 통합형 구조 시스템은 복합제어 엔진, 네트워킹, 확장형 시각화 플랫폼 및 효율적인 제품 개발에 필요한 정보 기술을 통합하고 있다.

단일 또는 중앙 컨트롤러는 단지의 각 추적기로부터 핵심 가동 상태에 대한 데이터를 수집한다. 뿐만 아니라, 수집된 데이터는 FactoryTalk® View SE와 같은 SCADA 시스템에 표시될 수 있으며, 경보 및 상태정보는 또한 중앙 위치에 표시되거나 원격으로 접근이 가능하다.

협력의 힘

신뢰를 바탕으로 로크웰 오토메이션과 협력하는 장비제조업체는 태양에너지를 효율적이고 비용 효과적으로 포착하여 변환할 수 있는 기술을 전개하고 있다. 범 국제적으로 인정되는 표준으로 구축된 상용 구성품을 이용하여 장비제조업체들은 엔드유저들에게 경쟁력 있는 가격의 견고한 솔루션을 제공하며, 안전한 원격 접근과 모니터링 및 고장추적 기능을 통하여 운용 및 유지보수비용을 절감할 수 있도록 한다.

로크웰오토메이션 www.automation.co.kr

아이씨엔 매거진 2012년 10월호

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힐셔, 산업용사물인터넷 지원 netIOT 활용방안 제시

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힐셔 netIOT

산업용 통신 솔루션 선두업체인 힐셔(Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH)는 11월 2일(금), 인터컨티넨탈 서울 코엑스에서 기자 간담회를 개최하여 힐셔의 혁신적인 netIOT 전략 및 netIOT 인터페이스의 다양한 솔루션을 활용한 IoT 기술 활성화 방안에 대해 소개하는 자리를 가졌다.

힐셔 netIOT

netIOT

힐셔 프로덕트 매니저인 크리스토프 훙어(Christof Hunger)는 “IoT 시장이 성장함에 따라 설비 제조업체들은 필드 디바이스의 정보를 기반으로 예방적 유지보수, 상태 모니터링과 같은 새로운 클라우드 기반의 부가가치 서비스를 구현하고자 한다”며 “힐셔는 디바이스 제조업체들이 힐셔의 netIOT 인터페이스 솔루션을 이용해서 산업용 이더넷, 트랜스페어런트 이더넷(Transparent Ethernet)과 함께 OPC UA 서버 및 MQTT 클라이언트 기능을 쉽게 추가할 수 있도록 더욱 집중하였고, 힐셔 솔루션을 통해 고객들이 스마트 팩토리를 구축하는데 도움이 되길 바란다.” 라고 말했다.

인더스트리 4.0과 IIoT는 4차 산업혁명으로 센서에서 클라우드까지 지속적인 통신을 요구한다. 힐셔는 이를 산업용 클라우드 통신이라 칭하고 고객들이 Industry 4.0, 스마트팩토리 및 IoT를 구현하도록 돕기 위해서 힐셔 netIOT 제품군이라는 솔루션을 구축하고, 지속적으로 프로모션을 진행하고 있다. netIOT는 netIOT 서비스(Service), netIOT 엣지(Edge), netIOT 인터페이스(Interface)와 같이 총 3개의 영역으로 구분된다. 특히 netIOT 인터페이스는 IoT 기능을 갖는 netX기반의 통신제품으로 netIC IOT와 같은 모듈형 제품을 생산 및 공급하고 있다.

힐셔 넷프록시

netPROXY

 

netIC IOT는 필드 디바이스용 지능형 멀티 프로토콜 모듈로 하나의 하드웨어만으로 모든 Real-Time Ethernet 슬레이브 프로토콜을 지원한다. OEM 고객들은 엔지니어링 툴을 이용하여 고객 어플리케이션 소프트웨어에서 한번만 개발하면 되는 고객 디바이스용 프로토콜 독립형 객체 모델을 생성한다. 네트워크 프로토콜 변경은 툴 내에서 ‘Build Process’를 통해 전적으로 진행되기 때문에 어플리케이션에 필요한 네트워크 별 조정이 없으며 OEM은 정확히 하나의 하드웨어와 소프트웨어 설계로 진정한 멀티 프로토콜 디바이스를 구현할 수 있다.

힐셔코리아 원일민 지사장은 “스마트 팩토리의 구축에 있어 가장 중요한 포인트는 IT영역과 OT영역의 연결에 있다”고 언급하며, “힐셔는 netIOT를 통해 시스템 설치시 발생할 수 있는 리스크를 최소화시킬 수 있게 하고자 한다. 기존OT영역의 사용자들이 IT영역으로 데이터를 전송하거나 클라우드에 연결함에 있어서 사용자의 실수나 의도치 않은 수고를 덜어줄 수 있는 제품과 서비스를 지원하고 있어 시스템 설계나 설치시 발생할 수 있는 오류나 리스크를 최소화 시켜준다”고 덧붙혔다.

힐셔 netIOT 제품에 대한 자세한 설명은 홈페이지 https://www.hilscher.com/products/product-groups/industrial-internet-industry-40/ 에서 확인할 수 있다.

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[포토] PTC, 3D CAD에 증강현실 접목해 디지털 트윈 현실화

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'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

(사진. PTC 코리아)


PTC코리아가 10월 18일 개최한 ‘2018 코리아 CAD 서밋’에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다. PTC의 3D CAD 소프트웨어 크레오(Creo®) 5.0은 디지털 트윈 솔루션을 현실화한 세계 최초이자 유일한 기술로 제품의 면면에 증강현실을 적용하여 물리적 세계와 디지털 세계를 연결한다. (사진. PTC 코리아)

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2016 스마트테크쇼, 6월 8~10일 코엑스서 개최

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인공지능 시대를 전망하고 사람을 위한 스마트 기술을 소개하는 ‘2016 스마트테크쇼(Smart Tech Show 2016)’가 6월 8일부터 10일까지 코엑스에서 개최된다. 

본 행사는 ‘Smart Tech for Human’라는 슬로건 아래, ▲드론/로봇 ▲가상/증강현실 ▲에듀테크 ▲스마트 모빌리티 ▲리테일테크 ▲3D프린팅 등 주요 이슈를 선정하여 국내 대표 스마트 기술 컨퍼런스 및 전시회를 개최하며, 관련 산업 간의 시너지를 창출할 수 있는 비즈니스의 장을 마련한다. KT, LG전자, ADT 시큐리티, 프로차일드, 한국과학기술원, 경북대학교 산학협력단 등 각 분야별 주요 기업·기관 125개사 400부스 규모로 이루어질 예정이다. 

유통과 IT산업의 융합을 위한 자리로 스마트 기기 체험과 첨단 리테일 솔루션을 접목한 리테일&테크 특별관이 구성되어 IT/유통산업 관계자를 대상으로 앞으로의 IT 리테일샵이 나아갈 방향을 제시한다. 더불어 한국마이크로소프트와 SGA임베디드 주최로 ‘스마트 리테일에 최적화된 MS IoT 솔루션 세미나’를 개최하여 리테일에 스마트한 혁신을 가져올 솔루션을 소개하는 자리를 마련한다. 

◇인공지능 시대, 일자리 전망 콘퍼런스 개최 

본 전시회와 더불어 ‘인공지능 시대의 일자리 창출과 직업능력 개발’을 주제로 분야별 전문가를 초빙하는 전문 콘퍼런스가 6월 8일과 9일 이틀간 열린다. 

첫째 날은 IBM 김연주 상무와 국내 대표 뇌공학자인 카이스트 정재승 교수의 기조강연과 핀란드 미래학자 마르쿠 윌레니우스(Markku wilenius) 교수의 특별강연을 시작으로 스마트기술의 산업과 일자리에 대해 블록체인OS 박창기 대표와 한국직업능력개발원 김영생 박사의 강연이 이어질 예정이다. 

둘째 날은 ‘새로운 일자리 창출 엔진으로서의 VR 그리고 교육훈련 플랫폼으로서의 가능성’에 대한 한국VR산업협회 현대원 회장의 발표와 ‘에듀테크가 가져올 교육의 혁명적 변화를 주제’로 휴넷 조영탁 대표의 기조연설 후에 스타트업 케이스 스터디를 통해 스마트시대에서 일하기 위한 우리의 성공 전략을 짚어볼 예정이다. 

◇드론에 스마트 기술의 미래를 담다 

드론 관련 신기술 촉진과 국내 드론산업 활성화를 목적으로 6월 대규모 드론 이벤트가 열린다. 드론톤은 우수한 엔지니어와 창의적인 메이커들이 드론 관련 기술을 뽐내는 자리로, 4인 1조로 팀을 꾸려 드론을 직접 제작하고 완성된 기체로 드론 게임을 진행하여 완성도와 비행능력을 종합하여 우승자를 가리게 된다. 

드론 조작에 능숙한 유저라면 도전해 볼 만한 대회도 있다. 다양한 장애물 통과 미션을 통해 드론 실력자를 가리는 ‘드론챌린지’가 9일 개최된다. 우승자에게는 최신 스마트 모빌리티가 수여되며, 참가를 원하는 이는 한국FPV협회 홈페이지를 통해 신청 가능하다. 

그밖에 스마트카, O2O, 핀테크 등 분야별로 이루어지는 테크니컬 세미나와 국내 대표 엑셀러레이터간 의 공동 데모데이를 통해 참가기업과 바이어 간의 비즈니스 기회를 마련한다. 

본 행사는 홈페이지에서 온라인 사전등록 시 무료로 관람할 수 있다.

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