[스마트팜] 저비용 센서 기반 태양광 패널 태양 추적 시스템 아이디어

 

🌞 저비용 센서 기반 태양광 패널 태양 추적 시스템 만들기

태양광 발전의 효율을 극대화하려면 태양광 패널이 태양을 정확히 따라 움직여야 합니다. 이를 위해 보통 2축(방위각과 고도각)으로 패널을 조절하는 태양 추적 시스템을 구축하는데요, 이번 글에서는 저렴하면서도 효과적인 센서 기반 태양 방향 감지 알고리즘을 활용한 시스템 구축 방법을 소개합니다.

🔍 1. 태양 추적 시스템이란?

태양은 하루 동안 동쪽에서 서쪽으로 이동하며, 계절에 따라 높이도 달라집니다. 태양광 패널이 이 움직임을 따라가면 발전 효율이 크게 높아지는데요, 이를 자동으로 조절하는 장치를 태양 추적 시스템이라 부릅니다.

⚙️ 2. 2축 태양 추적 시스템 구성

  • 방위각 (Azimuth): 태양의 동서 방향 회전 (수평 축)

  • 고도각 (Elevation): 태양의 높이 조절 (수직 축)

이 두 축으로 태양 위치를 따라가도록 패널을 움직입니다.

🔧 3. 센서 기반 태양 방향 감지 알고리즘

센서 구성

  • **광센서 4개 (LDR, 포토다이오드 등)**를 +자 형태로 배치

  • 중앙에 그늘막(차광판) 설치하여 태양광 방향에 따라 그림자 생김

동작 원리

  1. 4개의 광센서로 각각 빛의 세기 값을 측정합니다.

  2. 센서별 빛 강도의 차이를 계산해 태양의 방향 오차를 구합니다.

  3. 오차가 크면 서보 모터를 움직여 패널 각도를 조절합니다.

간단한 계산 예시


# 각 센서 광량 값 (임의 예시)
V1 = LDR1_value
V2 = LDR2_value
V3 = LDR3_value
V4 = LDR4_value

# 좌우, 상하 방향 차이 계산
dx = (V1 + V3) - (V2 + V4)   # 좌우 차이
dy = (V1 + V2) - (V3 + V4)   # 상하 차이

# 임계값(threshold) 이상이면 모터 회전
if abs(dx) > threshold:
    # 좌우 방향 보정
if abs(dy) > threshold:
    # 상하 방향 보정

💡 4. 센서 기반 방식의 장점

  • 저렴한 비용: 복잡한 천문 계산 없이 센서 신호로 직접 추적

  • 실시간 추적: 변화에 즉각 대응 가능

  • 쉬운 구현: 간단한 아날로그 센서와 비교 연산으로 제어 가능

⚠️ 5. 주의할 점 및 단점

  • 날씨 영향: 흐린 날이나 그늘에서는 센서 값이 불안정

  • 센서 보정 필요: 센서 위치, 각도, 차광판 크기 조정 중요

  • 노후화 관리: 센서 오염 및 열화에 따른 주기적 점검 필수

🧰 6. 전체 시스템 구성 예

구성 요소역할
PLC서보 모터 제어 및 알고리즘 수행
광센서 4개태양 방향 빛 강도 측정
그늘막 (차광판)그림자 생성으로 방향 감지 도움
서보 모터 2개방위각 및 고도각 조절
엔코더 (선택사항)위치 정확도 보정
HMI (선택사항)상태 모니터링 및 수동 조작

📈 7. 시스템 동작 흐름

  1. 광센서 신호 수집

  2. 광량 차이 계산 → 방향 오차 추정

  3. PLC에서 오차 판별 후 서보 모터에 이동 명령 전달

  4. 서보 모터가 패널 회전

  5. 엔코더 또는 센서로 위치 확인 및 피드백

  6. 1~5 과정 반복하여 지속적으로 태양 위치 추적

🔧 8. 간단한 구현 팁

  • 차광판 크기는 센서 간 적절한 그림자를 생성할 수 있도록 조절

  • 센서 위치는 패널 중앙과 동일 평면에 배치할 것

  • 소프트웨어에서 오차가 0에 가까워질 때 모터 정지 조건을 명확히 할 것

  • 센서 신호 잡음에 대비해 필터링 알고리즘 추가 추천

🏁 마무리

센서 기반 태양 추적 시스템은 비용 효율적이면서도 실시간 대응이 가능해, 소규모 태양광 발전이나 DIY 프로젝트에 매우 적합합니다. 날씨와 환경 영향은 있지만, 적절한 보정과 유지관리로 충분히 보완 가능합니다.

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