SysML-Based System Modeling for Design of BIPV Electric Power Generation

Building Integrated Photovoltaic (BIPV) system is a typical integrated system that simultaneously performs both building function and solar power generation function. To maximize its potential advantage, however, the solar photovoltaic power generation function must be integrated from the early conceptual design stage, and maximum power generation must be designed. To cope with such requirements, preliminary research on BIPV design process based on architectural design model and computer simulation results for improving solar power generation performance have been published. However, the requirements of the BIPV system have not been clearly identified and systematically reflected in the subsequent design. Moreover, no model has verified the power generation design. To solve these problems, we systematically model the requirements of BIPV system and study power generation design based on the system requirements model. Through the study, we consistently use the standard system modeling language, SysML. Specifically, stakeholder requirements were first identified from stakeholders and related BIPV standards. Then, based on the domain model, the design requirements of the BIPV system were derived at the system level, and the functional and physical architectures of the target system were created based on the system requirements. Finally, the power generation performance of the BIPV system was evaluated through a simulated SysML model (Parametric diagram). If the SysML system model developed herein can be reinforced by reflecting the conditions resulting from building design, it will open an opportunity to study and optimize the power generation in the BIPV system in an integrated fashion.

건물일체형 태양광 시스템의 전력발전부 설계를 위한 SysML기반 시스템 모델링

건물일체형 태양광 발전(BIPV) 시스템은 건축물에 태양광 발전시스템이 통합되어 건축물 기능과 태양광 발전 기능을 동시에 수행하는 대표적인 통합시스템이다. BIPV 시스템은 건축물 외피의 기능을 수행하면서 동시에 태양광 발전기능을 수행할 수 있다는 장점이 있지만, 건축물 설계 프로세스의 개념설계 단계에서부터 태양광 발전기능이 통합되어야 하고, 동시에 전력발전을 극대화할 수 있는 태양광 발전시스템의 설계가 필요하다. 이러한 요구사항에 대한 선행연구로서, 건축설계모델기반 BIPV 설계 프로세스에 관한 연구와 태양광 전력발전 성능 향상을 위한 모델기반 컴퓨터 시뮬레이션 결과들이 발표되었다. 그러나, BIPV 시스템의 요구사항이 명확하게 식별되어 체계적으로 반영되지 못하였고, 또한 시스템의 전력발전설계가 개념설계 단계에서부터 반영될 수 있도록 요구사항에 대한 시스템 아키텍쳐, 구조 및 거동이 정의되지 못하였으며, 그리고 BIPV 시스템의 전력발전 설계를 검증할 수 있는 모델이 제시되지 못하였다. 이러한 문제 들을 해결하기 위하여 본 연구에서는 BIPV 시스템의 요구사항을 체계적으로 모델링 하고 이를 기반으로 체계적인 전력발전 설계 방법을 연구하기 위하여 시스템 모델링 표준 언어인 SysML을 사용하여 전체시스템 관점에서 통합적이고 일관적인 설계 방법을 제시하였다. 구체적으로, 먼저 대상시스템(BIPV)에 대한 관련 표준, 사용자 및 설계자 등을 포함하는 이해당사자 들로부터의 요구사항을 식별하였다. 그리고 나서 domain model을 기반으로 BIPV 시스템 수준의 설계요구사항을 도출하였으며, 시스템 요구사항을 바탕으로 대상시스템의 SysML기반 기능 및 물리 아키텍쳐를 생성하였다. 또한 SysML 구조 모델과 거동 모델에 대한 설계를 구체화 하여 시스템의 구성 요소들 사이의 역할과 관계를 정의하였다. 마지막으로, 시뮬레이션이 가능한 SysML 모델(Parametric diagram)을 통하여 BIPV 시스템의 전력발전 성능을 평가하였다. 본 연구에서의 SysML 시스템 모델에 향후 건축물에 적용해야 하는 조건들을 반영하여 시스템 모델을 보강한다면 BIPV 시스템에서 전력발전을 통합적으로 연구할 수 있는 기회가 될 것이다.