3.1 무인 수상선의 전장 시스템 구성
3.1.3 태양광 발전 시스템
구분 모델 전압/전류 소비
전력 비고
기상센서 WXT536 12V/0.05A 0.6W 풍향/풍속, 기온/습도, 기압
유향유속 DVL 12V/1A 12W 유향/유속
파고센서 NW-II 12V/0.5A 6W 파고, 파향
해양센서 EXO2s 12V/0.1A 1.2W 수온, 염분, DO, 엽록소
데이터로거 Agnes007 12V/0.15A 1.8W 자체개발품 위성통신 Iridium 9602 12V/0.1A 1.2W 통신
AIS Geo-AtoN 12V/0.15A 1.8W 자체개발품
자이로 센서 OS5000-S 12V/0.05A 0.6W 자세 센서 GPS ANT MA-650G 12V/0.05A 0.6W -
위성 ANT GA-62I 12V/0.05A 0.6W -
레이더 Leddar-IS16 12V/0.5A 6W 장애물 감지
카메라 방수 카메라 12V/0.5A 6W 모니터링
무인 수상선
제어기 - 12V/0.05A 0.6W 제작
전력관리 보드 - 12V/0.05A 0.6W 제작
태양광 인버터 TML2420-MPPT 24V/0.025A 0.6W - 모터 드라이버 Gold whistle * 2 12V/0.05A 0.6W -
추진기 Maxon
Motor(200W) 24/1.25A 30W 2kts에서의 소모량
Table 17 USV Calculation of power consumption
에 대한 선택과 이에 대한 분석을 진행하였다.
무인 수상선의 운영시 2kts 운항시 70W가 소모되며, 전력은 1.68kwh가 필요하 며, 1주일간 운영시 약 11.76kwh의 에너지가 요구된다. 태양광 패널은 설계 1,684kwh로 평균 일조시간 약 4.5시간으로 발전량을 산정하여 최소 373.3W의 패널이 필요하다.
태양광 셀은 Fig 3.13과 같이 썬파워사의 FS130W모델을 4장 적용, 설치 해양환 경에 특성상 내염, 내식성을 고려하여 프레임을 제작하고 모듈화 하였으며, 태 양의 고도는 계절에 따라 변화하므로 해면과 평행하게 설치되었다는 가정하에 발전량 520W의 태양과 패널은 약 425.95W로 발전량이 산정되었다.
Fig 3.13. Photovoltaic Module(FS130W)
Fig 3.14. USV Power control system diagram
태양광발전 설비 구조는 Fig 3.14와 같이 배터리와 충방전조절기를 선체 내부 에 설치하여 연동되며, 외부 태양전지와 내부로 연결 충방전시스템을 설치하였 다.
태양광 패널에 의한 발전량 425.95W로 부조일수를 고려한 평균 발전시간 4.5h 발전시 1일 생산량 1.92kW·h 발전하며, 1주일간 발전 시 13.417kW·h 발전가 능, 해양 드론 1일 소모 전력은 1.68kWh, 태양광 발전량 1.92kW·h으로 태양 광 발전만으로도 무인 수상선 운영이 가능하도록 Fig 3.15와 같이 설계하였다.
Fig 3.15. Calculation of power consumption
발전 효율은 측정 결과 평균 15.8%로 계산하였으며, 태양광 패널 발전 효율 19.9%에 비해 약 4.1% 저감 되어 Fig 3.16의 태양광 패널 효율 15.8%에서
401.78W 발전됨을 확인하고 실험을 진행하였다.
Fig 3.16. Photovoltaic output data
태양광 발전 시험은 일사량 1000W/m2 이상인 조건에서 수행하였으며, 일사량 센서에서 측정된 값과 태양광 셀에서의 발전량을 기준으로 발전량을 확인하였 다.
배터리 + 태양광 패널 + DC LOAD(배터리)를 이용한 부하 성능 시험을 Fig 3.17 과 같이 구성하여 배터리 전압, 전류 및 태양전지 발전용량을 시험하였다.
Fig 3.17. Solar power Generation test 1
태양광 발전 시험결과 Fig 3.18과 같이 교류전류계를 이용하여 실제 발전용량 값을 측정하였으며, 발전량은 최대 484.8W가 측정되어 태양광 패널 효율 15.8%
에 따른 시험에서 얻은 401.78W 보다 큰 용량이 발전됨을 확인하였다.
Fig 3.18. Solar power Generation test 2