KR101313282B1 - 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템은 기준점의 위도 및 경도를 포함하는 위치정보, 시간정보 및 날짜정보를 수신하는 GPS 모듈; 상기 위치정보, 상기 시간정보 및 상기 날짜정보를 기초로 태양의 위치를 산출하는 위치산출부; 상기 위치산출부에서 산출된 상기 태양의 위치를 기준으로 촬상하여 태양을 포함하는 영상을 주기적 또는 비주기적으로 획득하는 이미지 센서모듈; 상기 영상에서 태양을 검출하고, 미리 설정된 기준좌표계에서의 상대적인 태양의 위치 좌표값을 획득하는 좌표계산부; 상기 태양의 위치 좌표값을 상기 기준좌표계의 중앙에 대응시키기 위한 보정값을 산출하고, 상기 보정값에 따라 상기 위치산출부에서 산출된 상기 태양의 위치를 보정하는 위치보정부; 및 태양의 상기 위치 좌표값의 상호비교를 통해 시간에 따른 태양의 변위량을 산출하여 상기 위치보정부에 의한 보정 여부를 결정하고, 상기 결정에 대응한 제어신호를 출력하여 상기 위치보정부의 가동 여부를 제어하는 보정결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 시간에 따른 태양의 변위량을 기초로 날씨정보를 판단하고, 이를 기초로 이미지 센싱에 의한 추적방법의 병행 여부를 결정함으로써 태양위치 추적의 정확도를 높일 수 있다.

Description

하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템 및 그 방법{HYBRID-TYPE SOLAR TRACKING SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, GPS정보를 이용한 천문학적 추적방식과 이미지 센싱을 통한 광학적 추적방식을 병행하여 태양위치를 추적하는 하이브리드 방식에 의한 태양위치 추적 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

태양광 발전은 환경오염의 위험성이 없는 친환경 발전으로서 그 수요가 늘어나고 있는 추세이며, 태양 에너지는 점차 고갈되고 있는 화석연료를 대체할 수 있는 무한한 에너지 중 하나이므로 이러한 움직임은 더욱 활발해질 것으로 전망된다.

태양 에너지의 집적방식은 크게 고정식 방식과 추적 방식으로 나눌 수 있다. 고정식 방식은 집열판을 태양광을 많이 받을 수 있는 특정장소에 고정 설치하여 태양광을 집적하는 방식이며, 추적 방식은 태양의 위치를 추적하고, 추적된 태양의 위치에 따라 집열판의 방향 및 각도를 가변적으로 조절하여 태양광을 집적하는 방식으로서, 기존의 고정식 방식에 비하여 30% 이상 태양광 집적효율을 증가시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 추적 방식에서는 태양과 집열판이 이루는 각도가 직각을 유지하여야 렌즈를 통해 효과적으로 태양광을 집적할 수 있다. 따라서, 태양의 위치에 따라 집열판의 각도를 정밀하게 추종하기 위하여, 태양의 위치를 정확하게 추적할 수 있는 추적방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

태양의 위치를 추적하기 위한 종래 기술로서, GPS정보를 이용하여 태양의 위치를 산출하는 천문학적 방법, 광센서나 조도센서를 이용한 방법이 있으며, 이외에도 한국등록번호 제10-0317811호에 게재된 화상인식에 의한 태양 추적방법 등이 있다. 그러나, 이러한 종래기술에 의한 태양 위치 추적방법에 의하면 다양한 변수들로 인하여 실제 태양의 위치와 오차가 발생하게 되며, 이는 곧 태양광 발전의 효율을 낮추는 요인으로 작용하게 된다. 예컨대, 천문학적 방법은 장소의 균형, 지자기 센서 및 전자 나침반의 정북측정 오차 등으로 인하여 실제 태양 위치와는 차이가 발생할 수 있고, 광센서나 조도센서를 이용한 방법은 구름에 가려진 태양을 인식하기 어렵고, 산란된 빛을 태양으로 잘못 인식하여 정확도가 떨어질 수 있다. 또한, 화상인식에 의한 경우에는 구름 등이 낀 흐린 날씨에는 태양의 인식이 어려울 수 있는 등 날씨의 영향을 많이 받으므로 화상인식에만 의존하여 태양위치를 추적하는데에는 많은 어려움이 따른다.

따라서, 최근에는 서로 다른 추적 방법을 병행하여 추적하는 하이브리드 방식을 채택하여 각 방법의 문제점을 보완하고, 태양 위치를 더욱 정확하게 추적하고자 하는 노력이 이루어지고 있다. 예컨대, 한국등록번호 제10-0959078호는 광센서를 이용한 추적 방법과 천문학적 방법을 병행하여 태양의 위치를 추적하는 장치 및 방법을 제안하고 있다.

한편, 이러한 하이브리드 방식에 의한 태양 추적방법은 태양위치를 정확하게 추적할 수 있는 장점이 있으나, 두 가지 방법을 병행하는 것이 항상 효율적인 것은 아니다. 예컨대, 천문학적 방법과 화상인식에 의한 추적방법을 병행하는 하이브리드 추적방법에 의할 때, 흐린 날씨에는 구름이 태양을 가려 태양을 인식하는 것이 불가능할 수 있으며, 인식하더라도 구름에 가려지고 남은 부분의 중앙을 전체 태양의 중앙으로 인식하는 등으로 인하여 화상인식에 의한 추적을 병행하는 것이 오히려 비효율적인 경우가 발생한다. 따라서, 하이브리드 방식에 의한 추적시 상황에 따라 추적방법의 병행 여부를 능동적으로 결정하는 알고리즘이 필요하다.

이때, 기상청으로부터 날씨정보를 수신하고, 이를 기초로 병행 여부를 결정할 수도 있으나, 일기예보의 정확도가 떨어질 때가 있고, 일기예보는 분 단위로 세밀하게 날씨정보를 제공하지 않아 갑작스런 기상변화에 대처하는 것이 불가능하므로 일기예보에 의존하는 것이 효과적이지 않은 경우가 많다.

따라서, 본 출원인은 천문학적 방법과 화상인식에 의한 추적방법을 병행하여 태양 위치를 추적하는데 있어서, 날씨를 일기예보에 의존하지 않고 자체적으로 판단하여 추적방법의 병행 여부를 능동적으로 결정할 수 있는 하이브리드 방식의 태양 위치 추적방법을 제안하게 되었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 일기예보에 의존하지 않고 날씨정보를 자체적으로 판단하여 천문학적 추적방법과 이미지 센싱에 의한 추적방법의 병행 여부를 능동적으로 결정할 수 있는 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적은 본 발명의 일 양태에 따른 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템에 있어서, 기준점의 위도 및 경도를 포함하는 위치정보를 수신하는 GPS 모듈; 상기 위치정보, 시간정보 및 날짜정보를 기초로 태양의 위치를 산출하는 위치산출부; 상기 위치산출부에서 산출된 상기 태양의 위치를 기준으로 촬상하여 태양을 포함하는 영상을 주기적 또는 비주기적으로 획득하는 이미지 센서모듈; 상기 영상에서 태양을 검출하고, 미리 설정된 기준좌표계에서의 상대적인 태양의 위치 좌표값을 획득하는 좌표계산부; 상기 태양의 위치 좌표값을 상기 기준좌표계의 중앙에 대응시키기 위한 보정값을 산출하고, 상기 보정값에 따라 상기 위치산출부에서 산출된 상기 태양의 위치를 보정하는 위치보정부; 및 태양의 상기 위치 좌표값의 상호비교를 통해 시간에 따른 태양의 변위량을 산출하여 상기 위치보정부에 의한 보정 여부를 결정하고, 상기 결정에 대응한 제어신호를 출력하여 상기 위치보정부의 가동 여부를 제어하는 보정결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템에 의하여 달성될 수 있다.

이때, 상기 보정결정부는 상기 태양의 변위량을 미리 결정된 변위기준과 비교하여, 비교 결과, 상기 태양의 변위량이 상기 변위기준보다 작으면 상기 위치보정부가 가동되도록 제어하고, 상기 태양의 변위량이 상기 변위기준보다 크거나 상기 태양의 변위량의 산출이 불가능한 경우에는 상기 위치보정부가 비가동되도록 제어하여 추적방법의 병행 여부를 능동적으로 결정하게 된다.

또한, 태양광을 집열하기 위한 집열패널; 상기 집열패널의 방향 및 각도를 조절하는 구동수단; 및 상기 위치산출부에서 산출된 상기 태양의 위치와 상기 위치보정부에서 산출된 상기 보정값에 대응하여 상기 구동수단을 제어하는 제어부를 더 포함하여 집열패널의 태양광 집적 효율성을 높일 수 있다.

그리고, 상기 보정결정부는 산출되는 상기 태양의 변위량의 크기를 기초로 상기 태양의 변위량 산출 및 상기 위치보정부에 의한 보정 여부 결정을 포함하는 프로세싱의 시간간격을 가변적으로 조절하여 프로세싱의 효율성을 도모할 수 있다.

한편, 상기한 목적은 본 발명의 또 다른 양태에 따른 하이브리드 방식에 의한 태양위치 추적방법에 있어서, 기준점의 위도 및 경도를 포함하는 위치정보를 수신하는 단계; 상기 기준점의 위치정보, 시간정보 및 날짜정보를 기초로 태양의 위치를 산출하는 단계; 산출된 상기 태양의 위치를 기초로 촬상하여 태양이 포함된 영상을 획득하는 단계; 상기 영상에서 태양을 검출하고, 미리 결정된 기준좌표계에서의 상대적인 태양의 위치 좌표값을 획득하는 단계; 태양의 상기 위치 좌표값의 상호비교를 통해 시간에 따른 태양의 변위량을 산출하는 단계; 상기 태양의 변위량을 미리 결정된 변위기준과 비교하여, 산출된 상기 태양의 위치의 보정 여부를 결정하는 단계; 및 보정을 하기로 결정된 경우, 상기 태양의 위치 좌표값을 상기 기준좌표계의 중심에 대응시키기 위한 보정값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 태양위치 추적방법에 의하여도 달성될 수 있다.

이때, 산출된 상기 태양의 위치에 대응하여 태양광 집열패널의 방향 및 각도를 조절하는 단계; 및 상기 보정값에 대응하여 상기 태양광 집열패널의 방향 및 각도를 보정하는 단계를 더 포함하여 집열패널의 태양광 집적효과를 높일 수 있다.

그리고, 상기 태양의 변위량을 미리 결정된 변위기준과 비교하여 산출된 상기 태양의 위치의 보정 여부를 결정하는 단계는, 상기 태양의 변위량이 상기 변위기준보다 작으면 보정을 결정하고, 상기 태양의 변위량이 상기 변위기준보다 크거나 상기 태양의 변위량의 산출이 불가능한 경우에는 보정을 하지 않도록 결정하는 것을 특징으로 하여 이미지 센싱에 의한 추적방법의 병행 여부를 능동적으로 판단할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 시간에 따른 태양의 변위량을 기초로 날씨정보를 판단하고, 이를 기초로 이미지 센싱에 의한 추적방법의 병행 여부를 결정함으로써 태양위치 추적의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 시간에 따른 태양의 변위량의 크기를 기초로 병행 여부를 결정하기 위한 프로세싱의 주기를 가변적으로 조절함으로써 프로세싱의 효율성을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 방식의 태양위치 추적시스템의 블록도;
도 2는 태양의 위치 좌표값이 보정되기 전에 얻어진 영상의 일 예;
도 3은 태양의 위치 좌표값이 보정된 후에 얻어진 영상의 일 예;
도 4와 도 5는 각각 날씨가 맑을 때와 흐릴 때의 시간에 따른 태양위치 변화의 일 예를 설명하기 위한 그래프; 및
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 방식의 태양위치 추적방법에 의하여 태양위치를 추적하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템은 GPS 모듈(10), 위치산출부(20), 이미지 센서모듈(30), 좌표계산부(40), 위치보정부(50), 보정결정부(60), 집열패널(70), 구동수단(80), 및 제어부(90)를 포함한다.

GPS 모듈(10)은 기준점의 위도 및 경도를 포함하는 위치정보, 시간정보 및 날짜정보를 수신한다. 기준점은 태양의 위치를 추적하는 장소를 의미하는 것으로, 예컨대, 태양광 발전을 위한 태양위치 추적시에는 태양광을 집적하기 위한 집열패널이 설치되어 있는 지점이 될 수 있다. 시간정보와 날짜정보는 태양 위치의 추적이 이루어지는 때의 시간과 날짜를 의미한다. 이때, 시간정보는 그리니치 표준시(GMT)가 적용될 수 있다.

위치산출부(20)는 GPS모듈(10)을 통해 수신된 위치정보, 시간정보 및 날짜정보를 기초로 태양의 방위각과 고도각을 계산하여 태양의 위치를 산출한다. 위치산출부(20)는 공지된 다양한 계산식에 GPS 모듈(10)로부터 수신한 정보를 대입하여 태양의 방위각과 고도각을 계산할 수 있다. 예컨대, 위치산출부(20)는 천문학에서 정의되는 지구의 운동방정식 또는 Michalsky 계산식과 같은 행성위치 계산식을 이용하여 태양의 방위각과 고도각을 계산할 수 있다. 이러한 계산식을 이용하여 태양의 위치를 산출하는 알고리즘은 종래의 공지된 기술이므로 산출과정을 나타내는 수식은 설명의 간략화를 위해 생략하기로 한다. 위치산출부(20)는 태양 위치를 산출하기 위한 계산 알고리즘을 저장하고 있으며, GPS 모듈(10)로부터 수신한 정보를 기초로 이를 실행하는 프로세서(미도시)를 포함하여 구현될 수 있다.

이미지 센서모듈(30)은 위치산출부(20)에서 산출된 태양의 위치를 기준으로 촬상하여 태양을 포함하는 영상을 획득한다. 이미지 센서모듈(30)은 촬상을 위한 카메라를 포함하여 구현되며, 단수 또는 복수의 카메라가 적용될 수 있다. 이미지 센서모듈(30)을 통해 획득된 영상은 위치산출부(20)에서 산출된 태양의 위치에 존재하는 오차를 보정하기 위해 사용된다. 한편, 영상의 촬상은 주기적 또는 비주기적으로 수행될 수 있다.

좌표계산부(40)는 이미지 센서모듈(30)에서 획득한 영상에서 태양을 검출하고, 기준좌표계에서의 상대적인 태양의 위치 좌표값을 구한다. 이때, 태양을 검출하는데에는 다양한 알고리즘이 적용될 수 있다. 예컨대, 좌표계산부(40)는 영상의 명도를 기준으로 태양을 검출할 수도 있으며, 화소별 색을 기준으로 태양을 검출할 수도 있다. 즉, 태양이 촬상된 영역은 영상의 다른 부분보다 명도가 높으므로 영상을 수개의 영역으로 구분하고, 각 영역별 명도를 비교하여 명도가 높은 영역을 기초로 태양을 검출할 수 있다. 또는 이와는 다른 방법으로서, 영상의 화소별로 색을 파악하고, 태양으로 판단될 수 있는 색이 넓게 분포되어 있는 영역을 중심으로 태양을 검출할 수도 있다. 이와 같이 화소별 색을 기초로 태양을 검출함으로써, 구름 등에 의하여 가려진 태양빛의 산란을 태양으로 오인하는 상황을 방지할 수 있는 효과가 있다.

한편, 기준좌표계는 영상에서 검출된 태양의 위치를 좌표값으로 표현하는데 기준이 되는 좌표계로서, 검출된 태양의 위치를 상대적으로 비교하기 위하여 필요한 것이므로 그 시작점의 위치 및 좌표계 전개방향 등에 특별히 제한되는 것은 아니다. 좌표계산부(40)는 설정된 기준좌표계를 기초로 검출된 태양의 위치 좌표값을 구한다.

위치보정부(50)는 좌표계산부(40)에서 구해진 태양의 위치 좌표값을 기준좌표계의 중앙에 대응시키기 위한 보정값을 산출하고, 위치산출부(20)에서 계산식에 의하여 산출된 태양의 위치를 산출된 보정값에 따라 보정한다. 다음의 도 2 및 도 3을 참조하여 태양 위치의 보정 전후의 모습을 살펴보기로 한다.

도 2는 위치보정부(50)에 의하여 태양의 위치 좌표값이 보정되기 전에 이미지 센서모듈(30)을 통해 얻어지는 영상의 일 예이고, 도 3은 위치보정부(50)에 의하여 보정된 후, 이미지 센서모듈(30)이 보정된 태양의 위치를 기준으로 촬상하여 얻어진 영상의 일 예이다.

위치보정부(50)에 의하여 태양의 위치 좌표값이 보정되기 전에는 도 2와 같이 태양이 영상의 중앙으로부터 우측 하단방향으로 치우쳐 있으나, 보정 후에는 도 3과 같이 태양이 영상의 중앙에 위치하는 모습을 볼 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 보정결정부(60)는 서로 다른 시간에 촬상된 영상에서 획득된 태양의 위치 좌표값의 상호비교를 통해 시간에 따른 태양의 변위량을 산출하고, 산출된 태양의 변위량에 기초하여 위치보정부(50)에 의한 보정 여부를 결정한다. 또한, 보정 여부 결정에 대응한 제어신호를 출력하여 위치보정부(50)의 가동 여부를 제어한다. 즉, 날씨가 맑은 때에는 이미지 센서모듈(30)을 통해 얻어진 영상에서 태양을 쉽게 검출할 수 있으나, 날씨가 흐린 때에는 구름 등으로 인하여 태양이 가려져 영상에서 태양을 검출하기가 불가능하거나, 검출하는 과정에서 오류가 발생하여 위치보정부(50)에 의한 보정의 실용성이 떨어지고, 오히려 보정을 통해 실제 태양의 위치에서 벗어날 염려가 있다. 따라서, 보정결정부(60)는 시간에 따른 태양의 변위량을 기초로 위치보정부(50)에 의한 보정의 효용성을 판단하여 불필요한 프로세싱을 방지하고, 태양을 더욱 정확하게 추적할 수 있도록 한다.

보정결정부(60)는 주기적 또는 비주기적으로 획득된 영상에서 태양의 위치 좌표값을 상호비교하여 시간에 따른 태양의 변위량을 산출한다. 시간에 따른 태양의 변위량이란, 시간에 따른 태양의 위치 좌표값의 변화량을 의미하는 것으로 날씨를 판단하는 기초가 될 수 있다. 다음의 도 4 및 도 5를 참조하여 이와 관련하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 날씨가 맑을 때의 시간에 따른 태양의 변위량의 일 예를 나타내는 그래프이고, 도 5는 상대적으로 날씨가 흐릴 때의 시간에 따른 태양의 변위량의 일 예를 나타내는 그래프이다. 참고로, 본 실시예의 그래프에서는 X축은 시간을 나타내고, Y축은 태양의 변위량으로서 좌표계산부(40)에서 계산된 X축 및 Y축 위치 좌표값의 합을 이용하여 태양의 변위량을 산출하였으나, X축과 Y축 태양의 위치 좌표값의 태양의 변위량을 각각 산출할 수도 있을 것이다.

날씨가 맑을 때에는 도 4와 같이 시간에 따른 태양의 변위량이 작고, 기울기도 완만한 양상을 띤다. 그러나, 날씨가 흐린 때에는 태양이 구름 등에 가리어져 영상에서 태양의 형상의 검출이 불가능하거나, 가리어지고 남은 부분의 중앙을 전체 태양의 중앙으로 인식하는 등으로 인하여, 도 5와 같이 태양의 변위량이 불연속적이고, 기울기 또한 예측 불가할 정도로 급격한 변화를 보이고 있는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 시간에 따른 태양의 변위량을 기초로 보정결정부(60)는 날씨에 관한 정보를 판단하여 위치보정부(50)에 의한 보정 여부를 결정하는 것이다.

보정결정부(60)는 산출된 태양의 변위량을 미리 결정된 변위기준과 비교하여, 비교한 결과 태양의 변위량이 변위기준보다 작으면 날씨가 맑다는 의미이므로 위치보정부(50)를 가동되도록 제어하여 태양의 위치 좌표값이 보정되도록 하고, 태양의 변위량이 변위기준보다 크거나 산출이 불가능한 경우에는 날씨가 흐린 것으로서 보정의 실용성이 적다고 판단되어 위치보정부(50)가 비가동되도록 제어한다. 이때, 보정결정부(60)에 저장되는 변위기준은 보정 여부를 결정하는 기준이 되는 태양의 변위량으로서, 실험적으로 결정될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템은 시간에 따른 태양의 변위량을 기초로 자체적으로 날씨에 관한 정보를 실시간으로 판단하여 이미지 센싱에 의한 태양 위치의 보정 여부를 결정함으로써 태양 위치 추적의 효율성을 높일 수 있다. 또한, 초 단위로 날씨정보를 판단하여 보정 여부를 결정할 수도 있으므로 갑작스런 기상변화에도 대처할 수 있어 단순히 기상청의 일기예보에 의존하는 것보다 효과적으로 태양의 위치를 추적할 수 있다.

한편, 보정결정부(60)는 태양의 변위량의 크기를 기초로 태양의 변위량 산출 및 보정 여부 결정 등의 프로세싱의 주기를 가변적으로 조절할 수도 있다. 즉, 태양의 변위량의 크기가 매우 작고, 이러한 상황이 비교적 장시간 지속된 상태라면 날씨가 매우 맑은 날씨인 경우로 급작스러운 날씨 변화의 확률이 적은 것으로 볼 수 있으므로, 태양의 변위량 산출 및 보정 여부 결정 등의 일련의 프로세싱의 주기를 상대적으로 길게 할 수 있다. 반면에, 변위기준에 매우 가깝고 시간에 따른 태양의 변위량의 차이가 큰 경우에는 날씨 변화의 가능성이 크고, 보정 여부 결정의 결과가 달라질 개연성이 크므로 프로세싱의 주기를 상대적으로 짧게 할 필요가 있다. 이와 같이, 태양의 변위량의 크기를 고려하여 프로세싱의 주기를 가변적으로 결정함으로써 프로세싱의 효율성을 높이고 전력을 효과적으로 관리할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템은 집열패널(70), 구동수단(80), 및 제어부(90)를 포함하여 태양광 발전의 효율성을 높일 수 있다.

집열패널(70)은 태양광을 집열하기 위한 패널로서, 태양광 발전의 효율을 높이기 위해서는 집열패널(70)이 태양광을 직선으로 받아들일 수 있도록 방향 및 각도가 결정되는 것이 중요하다.

구동수단(80)은 집열패널(70)의 방향 및 각도를 조절하며, 이를 위해, 집열패널(70)을 상하좌우로 회전시킬 수 있는 모터 등을 포함한다.

제어부(90)는 위치산출부(20)에서 계산식을 통해 산출된 태양의 위치 및 위치보정부(50)에서 산출된 보정값에 대응하여 구동수단(80)을 제어한다. 구동수단(80)은 제어부(90)의 제어에 따라 구동되어 집열패널(70)을 회전시키게 되고, 이를 통해 태양광의 발전효율을 도모할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 의하여 태양의 위치를 추적하는 일련의 과정을 참조하여, 이상에서 살펴본 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 방식의 태양 위치 추적시스템의 각 구성의 유기적인 동작관계를 살펴보도록 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 방식의 태양위치 추적방법에 의하여 태양위치를 추적하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 6을 참조하면, GPS 모듈(10)을 통해 기준점의 위도와 경도를 포함하는 위치정보, 태양 위치를 추적하는 때의 시간정보, 및 날짜정보를 수신한다(S10). 위치산출부(20)는 GPS 모듈(10)과 연동되어, 기준점의 위치정보, 시간정보 및 날짜정보를 기초로 태양의 고도각과 태양의 방위각을 구하여 태양의 위치를 산출한다(S11). 이때, 공지된 다양한 태양 위치 계산 알고리즘이 적용될 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.

제어부(90)는 위치산출부(20)에서 산출된 태양의 위치를 기초로 구동수단(80)을 제어하여 태양광을 집열하기 위한 집열패널(70)의 방향 및 각도를 조절한다(S13).

이미지 센서모듈(30)은 위치산출부(20)에서 산출된 태양의 위치를 기초로 촬상하여 태양이 포함된 영상을 주기적 또는 비주기적으로 획득한다(S15). 이때, 이미지 센서모듈(30)은 집열패널(70)에 가까이, 예컨대, 집열패널(70) 상부, 하부 또는 측면에 장착될 수 있다. 이에 따르면, S13 단계를 거쳐 제어부(90)의 제어에 의하여 집열패널(70)이 태양을 향하고 있는 상태이므로, 이미지 센서모듈(30)은 태양이 포함된 영상을 획득할 수 있을 것이다.

좌표계산부(40)는 획득된 영상에서 태양을 검출하고, 기준좌표계에서의 태양의 위치 좌표값을 구한다(S17). 이때, 태양의 검출은 명도가 밝은 부분을 기초로 이루어지거나, 화소별 색에 따라 태양으로 판단할 수 있는 색의 분포를 분석하는 등의 다양한 검출방식이 적용될 수 있음은 앞서 설명하였다.

보정결정부(60)는 시간에 따른 태양의 변위량을 산출한다(S19). 태양의 변위량은 이미지 센서모듈(30)을 통해 획득된 복수의 영상에서의 태양의 위치 좌표값을 상호비교하여 산출하게 된다. 보정결정부(60)는 산출된 태양의 변위량을 실험적으로 미리 결정되는 변위기준과 비교하고, 태양의 변위량이 변위기준보다 더 작으면, 날씨가 맑아 이미지 센싱에 의한 태양의 위치 추적의 실효성이 있는 것으로 판단하여 위치보정부(50)를 가동시킨다(S21). 위치보정부(50)는 이에 따라 태양의 위치 좌표값이 기준좌표계의 중앙에 대응될 수 있도록 태양의 위치 좌표값의 보정값을 산출하고, 제어부(90)는 이 보정값에 대응되도록 구동수단(80)을 제어하여 집열패널(70)의 방향 및 각도를 보정한다(S23, S25). 이와는 달리, 태양의 변위량이 변위기준보다 더 크거나 태양의 변위량 산출이 불가한 경우에는 영상에서 태양의 인식이 불가할 정도로 구름 등에 의하여 태양의 가리어지는 등 날씨가 흐린 경우로서 이미지 센싱에 의한 위치보정의 효용성이 떨어지게 되므로, 보정결정부(60)는 위치보정부(50)를 비가동되도록 제어하게 된다.

본 발명에 따른 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템은 도 6의 일련의 과정을 반복하여 수행함으로써 시간에 따른 태양의 변위량을 기초로 자체적으로 날씨정보를 판단하고, 이를 기초로 이미지 센싱에 의한 추적방법의 병행 여부를 결정함으로써 태양위치 추적의 정확도를 높일 수 있다.

한편, 도 6에서 설명한 각 단계는 필요에 따라 적절히 추가, 변경, 생략 등이 가능하다. 예컨대, 태양의 위치를 보정했음에도 불구하고 보정 후에 획득된 영상에서 위치 좌표값이 기준좌표계의 중앙에 해당하지 않는다면, 중앙에 해당될 때까지 S23 및 S25 단계를 반복하여 수행할 수도 있을 것이다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 보정결정부(60)가 시간의 따른 태양의 변위량의 크기를 고려하여 프로세싱의 주기를 가변적으로 조절하는 단계가 추가될 수도 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 집열패널(70)을 포함하여 태양광 발전을 위해 태양의 위치를 추적할 때를 일 예로 들어 설명하였으나, 태양광 발전을 위한 추적시 외에도 태양을 정밀하게 추적해야 하는 장치에 본 발명에 따른 하이브리드 방식에 의한 태양위치 추적 시스템이 범용적으로 적용될 수 있음은 물론이다.

비록, 본 발명의 몇몇 실시예가 앞서 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

그러므로, 본 발명의 보호범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : GPS 모듈 20 : 위치산출부
30 : 이미지 센서모듈 40 : 좌표계산부
50 : 위치보정부 60 : 보정결정부
70 : 집열패널 80 : 구동수단
90 : 제어부

Claims (7)

1. 기준점의 위도 및 경도를 포함하는 위치정보, 시간정보 및 날짜정보를 수신하는 GPS 모듈;
   상기 위치정보, 상기 시간정보 및 상기 날짜정보를 기초로 태양의 위치를 산출하는 위치산출부;
   상기 위치산출부에서 산출된 상기 태양의 위치를 기준으로 촬상하여 태양을 포함하는 영상을 주기적 또는 비주기적으로 획득하는 이미지 센서모듈;
   상기 영상에서 태양을 검출하고, 미리 설정된 기준좌표계에서의 상대적인 태양의 위치 좌표값을 획득하는 좌표계산부;
   상기 태양의 위치 좌표값을 상기 기준좌표계의 중앙에 대응시키기 위한 보정값을 산출하고, 상기 보정값에 따라 상기 위치산출부에서 산출된 상기 태양의 위치를 보정하는 위치보정부; 및
   태양의 상기 위치 좌표값의 상호비교를 통해 시간에 따른 태양의 변위량을 산출하여 상기 위치보정부에 의한 보정 여부를 결정하고, 상기 결정에 대응한 제어신호를 출력하여 상기 위치보정부의 가동 여부를 제어하는 보정결정부를 포함하고,
   상기 보정결정부는 상기 태양의 변위량을 미리 결정된 변위기준과 비교하여, 비교 결과, 상기 태양의 변위량이 상기 변위기준보다 작으면 상기 위치보정부가 가동되도록 제어하고, 상기 태양의 변위량이 상기 변위기준보다 크거나 상기 태양의 변위량의 산출이 불가능한 경우에는 상기 위치보정부가 비가동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   태양광을 집열하기 위한 집열패널;
   상기 집열패널의 방향 및 각도를 조절하는 구동수단; 및
   상기 구동수단을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 위치보정부가 비가동된 경우에는 상기 위치산출부에서 산출된 상기 태양의 위치에만 대응하여 상기 구동수단을 제어하고, 상기 위치보정부가 가동된 경우에는 상기 위치산출부에서 산출된 상기 태양의 위치와 상기 위치보정부에서 산출된 상기 보정값에 대응하여 상기 구동수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 보정결정부는 산출되는 상기 태양의 변위량의 크기를 기초로 상기 태양의 변위량 산출 및 상기 위치보정부에 의한 보정 여부 결정을 포함하는 프로세싱의 시간간격을 가변적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 태양위치 추적 시스템.
   
5. (a) 기준점의 위도 및 경도를 포함하는 위치정보, 시간정보 및 날짜정보를 수신하는 단계;
   (b) 상기 기준점의 위치정보, 상기 시간정보 및 상기 날짜정보를 기초로 태양의 위치를 산출하는 단계;
   (c) 산출된 상기 태양의 위치를 기초로 촬상하여 태양이 포함된 영상을 획득하는 단계;
   (d) 상기 영상에서 태양을 검출하고, 미리 결정된 기준좌표계에서의 상대적인 태양의 위치 좌표값을 획득하는 단계;
   (e) 태양의 상기 위치 좌표값의 상호비교를 통해 시간에 따른 태양의 변위량을 산출하는 단계;
   (f) 상기 태양의 변위량을 미리 결정된 변위기준과 비교하여, 산출된 상기 태양의 위치의 보정 여부를 결정하는 단계; 및
   (g) 보정을 하기로 결정된 경우, 상기 태양의 위치 좌표값을 상기 기준좌표계의 중심에 대응시키기 위한 보정값을 산출하는 단계를 포함하며,
   상기 (f)단계는 상기 태양의 변위량이 상기 변위기준보다 작으면 보정을 결정하고, 상기 태양의 변위량이 상기 변위기준보다 크거나 상기 태양의 변위량의 산출이 불가능한 경우에는 보정을 하지 않도록 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 태양위치 추적방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 (b)단계와 상기 (c)단계 사이에, 산출된 상기 태양의 위치에 대응하여 태양광 집열패널의 방향 및 각도를 조절하는 단계; 및
   상기 (g)단계를 통하여 상기 보정값이 산출되는 경우, 상기 보정값에 대응하여 상기 태양광 집열패널의 방향 및 각도를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 태양위치 추적방법.
7. 삭제

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