현재 가정 및 사무실 사용전력 가운데 실제 이용되지 않고 전자기기의 대기상태에서 버려지는 대기소모 전력이 5~10 %에 이르는 것으로 보고되고 있다. 이를 줄이기 위한 노력이 선진국들뿐만 아니라 국제적 차원에서 경주되고 있다. 우리나라도 가전기기 및 산업기기의 자동화 및 on-line화에 따른 대기 소모 전력이 점차 증가하고 있어 전기에너지 낭비의 큰 요인이 되고 있을 뿐만 아니라, 온실가스 배출량을 감축하려는 국제협약에도 배치된다. 따라서 대기전력을 줄이기 위한 범국가적인 제도적 기술적 노력을 필요로 한다. 본 논문에서는 대기전력절감기술 및 최근 국제동향과 대기전력 차단 장치의 무선화를 기술하였다.
최근 IoT 기술 발전에 따라 스마트 홈과 같은 부가서비스들이 증가하면서 내부에서 사용하는 기기들의 전력 소비량에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히 기기들의 주 기능이 수행되지 않는 동안 발생하는 대기전력 사용량이 전력에너지의 약 11%로 나타나면서 대기전력 차단에 대한 문제점이 제시되고 있다. 그러나 실질적으로 대기전력을 차단하기 위해서는 플러그를 뽑아야한다는 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해 사용자의 참여도를 최소화하여 자동적으로 제어 및 관리할 수 있는 대기전력 차단 알고리즘을 설계 및 구현하였다. 구현한 시스템을 평가한 결과 기존 시스템보다 평균 약 5.89Wh의 대기전력 차단율이 향상된 것을 확인하였다.
본 논문에서는 최근 발생되는 기상이변의 원인인 에너지의 과도한 사용을 감소시키기 위하여 사용자가 인지하지 못하는 동안 낭비되고 있는 대기전력을 자동으로 제어하는 시스템을 구현하였다. 현재 사용되고 있는 대기전력 제어 시스템의 경우 일정 전력 이하의 전력량이 감지되면 자동으로 차단하는 형태로 운영되고 있으나 재가동을 위해서는 사용자의 수동 제어에 의존해야 하는 불편함이 발생한다. 이에 본 논문은 사용하지 않는 가전기기의 대기전력을 차단할 뿐만 아니라 사용자의 편의성을 고려하여 자동으로 전력을 재공급하는 대기전력 컨트롤러를 구현한다. 기기의 전력 재공급은 각 사용자별 기기 사용패턴을 고려하여 구현하였으며, 이때 사용자의 구분은 2개의 Ultrasonic 센서로부터 산출된 사용자의 키와 무게 감지 센서로부터 산출된 사용자의 몸무게를 활용하였다.
현재 가정이나 사무실 및 공장 등 전력 수요가 증가하면서 전체 전력 사용량도 증가하고 있다. 전력사용의 증가는 에너지 절약에 대한 의식 변화가 나타나면서 대기전력에 대한 관심도도 높아졌다. 가정용 및 사무용 기기는 대기상태에서도 전력을 소모하고 있다. 이에 대기전력의 저감에 대한 필요성이 매우 커지고 있으며 대기전력 1W이하를 목표로 하고 있다. 지능형 콘센트는 근거리 무선망을 이용하여 홈네트워크에 연결하고 콘센트에 연결된 램프나 가전기기의 대기전력을 차단하거나 절감시키는 것이다. 본 연구에서는 근거리 무선망(Zigbee)를 이용하여 콘센트에 연결된 조명램프나 가전기기에서 사용하는 전기의 사용량을 원격으로 모니터링 하고 대기전력을 차단할 수 있는 모니터링 시스템과 지능형 콘센트을 개발하고자 한다. 또한, 개발하는 지능형 콘센트와 모니터링 시스템은 휴대용 장치(리모콘)를 이용하여 사용자가 손쉽게 대기전력을 차단할 수 있다.지능형 콘센트는 대기전력을 저감시킬 뿐만 아니라 화재 방재 시스템에도 응용 가능할 것이다. 대기하는 전력을 차단 하는 장치는 지능형 콘센트와 대기전력 차단 스위치를 포함하므로 누전과 화재를 방지할 것이다.
대기전력(Standby power) 소모가 발생하는 첫 번째 요인은 전원에서 IC로 들어오면서 거쳐야하는 기동전압 때문이며 나머지 하나는 IC가 동작할 때의 전류 때문이다. 본 논문에서는 대기전력 상태와 차단 시점의 패턴분석을 통해서 자동 On/Off할 수 있도록 하는 간단한 모듈장치 구성과 알고리즘 적용에 목적을 두었다. 이를 위해서 전력 신호분석과 모델링에 근간을 두었으며 대기전력 절감을 위해서 On/Off 차단기준을 마련했다. On/Off 차단 시점을 찾기 위해서 $1^{st}$ SCS와 $2^{nd}$ SCS의 차분값(subtraction value), 그리고 콘센트로부터 유입된 초당 샘플링 계수에 대한 중간값(median value)을 중요한 파라미터로써 정의한 다음 대기전력 상태에서의 유사그룹 및 유력패턴 그룹 생성 알고리즘을 수행했다.
본 논문은 사용하지 않는 공간에서 낭비되는 전기 에너지량을 감소시키기 위한 사용자 위치기반의 대기전력 제어시스템을 설계 및 구현한다. 사용자의 위치파악을 위해 주거시설의 해당 영역을 3개의 구역으로 분리하고 각 구역에 2개의 PIR센서를 설치하여 입 출입 현황 및 재실인원을 점검하며, 재실여부와 가전제품의 대기모드 여부에 따라 ZigBee 무선통신을 이용해 전력센서를 차단 혹은 해제한다. 또한, 시스템을 검증하기 위해 전력센서로 수집한 전력량을 대기전력의 차단과 해제로 비교하여 에너지 절감률을 분석한다.
사물인터넷 (IoT) 기술의 발전으로 최근 많은 가전제품 및 전자 제품들이 IoT 기술과 결합되어 출시되고 있으며, 전원을 연결하는데 사용되는 멀티탭 또한 IoT 기술이 접목된 제품이 나오고 있다. IoT 멀티탭은 전원 on/off 를 원격으로 제어 할 수 있어서 사용자 편의성을 더욱 높여주었다. 그러나, 현재 출시된 IoT 멀티탭 제품들은 각 구별 제어가 불가능하고 대기전력 차단 기능이 미흡하여 절전 기능이 빈약하다. 따라서 본 논문에서는 멀티탭의 각 구를 개별 조작할 수 있고, 대기전력을 측정 및 차단 기능을 제공함으로써 전력 낭비를 줄일 수 있는 IoT 멀티탭을 제안한다.
본 연구에서는 멀티탭에 근거리 무선통신(NFC) 모듈을 접목한 대기전력 차단 클라이언트 시스템의 개념을 제안하고, 클라이언트 시스템의 기본적인 하드웨어 구성과 소프트웨어 제어 개념도를 제시하였다. 이 시스템은 가정, 중/대형 사무실, 학원, 공장, 아파트 단지, 하우스 등 근거리통신을 이용하여 통합제어가 필요한 장소에 적용가능하다. 대기전력 관리 및 전력사용량 관리를 통하여 사무/가전기기들의 대기전력을 제어하여서 소비되는 총 전력을 줄이고, 전력 에너지 및 비용을 절감하는 효과가 기대된다.
본 논문에서는 저항성 누설전류, 과전류, 대기전력 차단기능을 갖는 지능형 콘센트와 연동하는 안드로이드 운영체제의 전력관리 어플리케이션을 개발한다. 개발된 전력관리 어플리케이션을 이용하면 언제, 어디서나 콘센트에서 발생될 수 있는 누전으로 인한 전기화재 및 감전 등을 모니터링하고, 콘센트에 공급되는 전력을 제어하여 실내의 가전기기에 대한 ON/OFF 제어 및 낭비되고 있는 대기전력을 손쉽게 차단할 수 있도록 하였다.
전력부족현상으로 대기전력에 대한 관심이 증가하고 있다. 대부분의 전자기기는 본래의 기능을 사용하지 않는 대기상태로 존재하며, 대기상태 중에서도 많은 전력을 소비한다. 이러한 대기상태로 인한 전력소비를 방지하기 위해 많은 나라에서 스마트 플러그에 관한 연구가 진행되었다. 그러나 이러한 스마트 플러그의 경우, 기능의 특성상 고가의 경우가 많으며, 사용자의 수동제어 또는 동작감지 센서 및 사용자 패턴에 의해 대기전력을 차단하게 된다. 이러한 기능은 동작감지 센서의 오작동, 사용자 패턴의 다양화에 따라 장점을 가지지 못한다. 본 연구에서는 사용자 스마트폰의 블루투스 기능과 연동하는 멀티플러그 타입의 스마트 플러그를 개발하였다. 사용자의 스마트폰을 이용하여 사용자 위치판단을 하고, 사용자 위치에 따라 능동적으로 스마트 플러그에서 각 전자기기의 대기전력을 차단함으로 전자기기들의 대기전력으로부터 소비되는 전력을 줄일 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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