친환경 독립형 에너지 솔루션으로 모바일폰의 서비스 범위를 확대한다
한국내쇼날인스트루먼트
UN의 한 보고서에 따르면, 2003년∼2008년의 아프리카 지역 휴대전화 보급율은 500% 이상 증가했고, 앞으로도 폭발적으로 증가할 것으로 예상된다고 한다.
휴대전화는 충분한 신호 커버리지가 확보되지 않을 경우 무용지물이 되며, 신호 커버리지를 충분히 확보하려면 상당한 규모의 전력 공급이 필수적으로 필요하다.
하지만 불행하게도 현재 아프리카의 에너지 공급망은 안정적이지 않으며, 특히 농촌 지역은 에너지 공급 시설이 거의 없다고 보아도 될 정도로 처참한 수준이다.
이와 관련, 여기서는 친환경 독립형(off-grid) 에너지 솔루션을 개발하여 아프리카 농촌 지역의 모바일폰 기지국에 전력을 공급하는 기술에 대해 살펴본다.
이와 같이 열악한 아프리카 농촌 지역 환경에 디젤 발전기를 도입하는 것도 해결책이 될 수 있겠지만, 디젤 발전기는 정기적인 유지관리가 필요하고 환경에 유해한 물질을 생산하며 절도 대상이 되기도 한다.
이에 대한 대안이라고 할 수 있는 Diverse Energy PowerCube 시스템은 연료 전지 기술이며 디젤 발전기를 대체하고 있다.
연료 전지 기술은 탄소를 전혀 배출하지 않으면서도 암모니아를 전기로 변환해 준다. 암모니아를 전기로 변환하려면 대량으로 공급된 암모니아를 좁은 구멍을 통해 끌어내야 하고, 암모니아를 수소와 질소로 형태로 바꾸어야 하며 혼합 기체에서 수소를 분리하 여 순수한 수소를 연료전지에 전달해야 한다. CompactRIO는 Power Cube시스템에서 이와 같은 전 과정을 제어하고 모니터링한다.
원래는 NI Compact FieldPoint를 이용하여 PowerCube를 개발했지만, CompactRIO가 글로벌 컨트롤과의 통신뿐만 아니라 더욱 더 신속한 처리를 구현할 수 있다는 사실을 알게 됨에 따라 플랫폼을 변경하게 되었다.
CompactRIO 플랫폼의 또 다른 장점은 섀시의 백플레인에서 FPGA(Field-Programmable Gate Array)를 제공한다는 것이다.
LabVIEW를 이용하여 맞춤 PWM과 사인 출력 신호의 생성을 비롯한 표준 I/O의 기능을 강화하도록 FPGA를 프로그래밍했다.
FPGA에 이러한 기능을 임베드함으로써 컨트롤러의 처리 부담을 덜어주고, 직접 정의해야 하는 하드웨어의 수를 줄일 수 있었다.
또한 LabVIEW 고유의 확장성 덕분에 Compact FieldPoint에서 CompactRIO로 전환하면서도 코드의 약 80%를 재사용할 수 있었고, 이에 따라 개발 시간과 비용을 상당히 절약할 수 있었다.
이전에 PowerCube를 개발 및 테스트하는 데에는 8개월의 시간이 필요했지만, CompactRIO 플랫폼으로 Power Cube를 이전하는 작업은 불과 2주밖에 걸리지 않았다.
현재 아프리카에서는 5개의 Power Cube가 가동 중이며, 추가로 5개를 영국에 설치할 예정이다.
LabVIEW와 CompactRIO는 개발과 필드 테스트용으로 완벽하며, 리얼 타임 데이터를 쉽게 모니터링하고 코드를 신속히 수정할 수 있다는 점은 새로운 시스템 개발 시 분명한 이점이라고 할 수 있다.
Diverse Energy社의 Mike Rendall 박사는 LabVIEW 환경에 대해 다음과 같이 말했다. “LabVIEW 환경은 신속
한 개발과 배포에 큰 도움이 되었다. 만약 텍스트 기반의 언어로 똑같은 프로그래밍 과제를 수행했다면, 현재와 같은 개발 단계에 도달한다는 것은 꿈도 꾸지 못했을 것이다”
