KR101541285B1 - 무인 항공기를 이용한 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈 표면 영상 데이터 수집 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈 표면 촬영 시스템은, 설정된 비행 경로를 따라 태양광 발전 설비 상공을 비행할 수 있는 무인 항공기와, 무인 항공기에 장착되어 태양전지 모듈들의 표면 영상을 촬영할 수 있는 촬영 장치를 구비한다. 촬영 장치는, 촬영 장치의 촬영 방향이 지면에 수직한 방향의 직선과 이루는 각도(α)와 태양전지 모듈의 표면이 지면에 수직한 방향의 직선과 이루는 각도(β)가 (α + β = 90°)의 식을 만족하도록 촬영 각도를 조정한 상태로 태양전지 모듈의 표면을 촬영하도록 구성된다. 또한, 태양전지 모듈에 대한 표면 촬영은, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 중심에서 그은 법선 상의 위치로 보정된 촬영 위치에서 실시되도록 구성된다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 보정된 촬영 위치는, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 수직 상방 위치에서, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 중심에서 그은 법선을 향해, 거리 d[=(H-h)·tanα]만큼 수평이동된 위치가 된다(H: 무인 항공기의 비행 고도, h: 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 중심 높이). 촬영 장치는 열화상 이미지를 생성하는 적외선 카메라로 구성될 수 있다.

Description

무인 항공기를 이용한 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈 표면 영상 데이터 수집 시스템 {SYSTEM FOR COLLECTING SURFACE IMAGE DATAS FOR SOLAR CELL MODULES OF SOLAR PHOTOVOLTAIC POWER FACILITIES USING UNMANNED AIR VEHICLE}

본 발명은 무인 항공기를 이용해 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈에 대한 표면 영상 데이터를 수집하기 위한 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지 모듈의 표면을 촬영하는 촬영 각도 및 촬영 위치를 조정해 최적의 촬영 상태에서 태양전지 모듈의 표면 영상을 촬영할 수 있도록 구성된 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈을 위한 표면 영상 데이터 수집 시스템에 관한 것이다.

천연자원의 고갈과 화력 및 원자력 발전에 대한 환경 및 안전성 등의 문제가 제기되면서 세계적으로 신/재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 국제적으로 이산화탄소의 배출권이 하나의 상품으로 되어 각 나라는 이산화탄소 배출권을 확보하기 위한 각종의 대책 마련을 위해 노력하고 있다. 우리나라 또한 이산화탄소 배출에 대한 규제정책 및 신/재생 에너지 시설에 대한 장려정책이 제도화되어 실시되고 있다.

오늘날 이러한 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 노력으로서 청정 에너지인 태양광이나 풍력에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 특히, 태양광 에너지는 무한하고 청정 에너지라는 관점에서 상당히 각광을 받으면서 주거용 발전이나 가로등 또는 원거리에 떨어져 있는 무인 등대나 시계탑 등 매우 다양한 분야에서 활용되고 있다. 또한 태양광을 이용한 발전 설비는 최근 주요한 발전 설비로 권장되면서 많은 시설이 개발되고, 현장에 설치되어 운용되고 있다.

이러한 태양광을 이용한 발전 설비는 기초 단위가 되는 태양전지 셀이 다수가 모여 태양전지 모듈을 형성하고, 이러한 태양전지 모듈들이 모여서 태양전지 어레이를 형성하는 방식으로 구성된다.

그런데, 태양전지 모듈은 사용 시간이 경과함에 따라 여러 가지 요인들에 의해 열화(Aging)되게 된다. 이러한 열화된 모듈은 어레이 상에서 전기적인 저항으로 작용하기 때문에 태양광 발전 설비의 출력을 저하시키는 방해 요소로 작용하게 된다. 따라서, 태양광 발전 설비의 효율 저하를 방지하기 위해서는, 태양전지 어레이를 지속적으로 모니터링하고 이를 기초로 어레이에 포함된 열화 모듈을 판별해 신속히 교정할 필요가 있다.

열화 모듈은 태양전지 어레이 상에서 전기적인 저항으로 작용하기 때문에, 정상적인 모듈보다 높은 온도를 갖게 된다. 따라서, 적외선 카메라를 이용해 태양전지 어레이를 촬영하면 정상적인 모듈과 차별되는 색깔을 띠는 열화 모듈을 판별할 수 있게 된다.

적외선 카메라를 이용해 태양전지 모듈을 촬영하는 방법으로는 크게 두 가지 방법을 고려해 볼 수 있다. 첫 번째 방법은 사람이 적외선 카메라를 들고 직접 태양전지 모듈들을 촬영하는 것이다. 이러한 수동 촬영 방식을 이용하게 되면, 사람이 직접 가장 정확한 영상 데이터를 얻을 수 있는 촬영 각도(태양전지 모듈 표면에 수직한 방향)로 카메라를 배향시킨 상태로 태양전지 모듈들의 어레이를 촬영함으로써 신뢰성 있는 영상 데이터를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 광대한 영역에 배열된 태양전지 어레이들을 모두 사람이 직접 일일이 촬영하는 것은 소요되는 시간 및 비용의 측면에서 매우 불리하다. 따라서, 이러한 수동 촬영 방식을 이용해 태양전지 모듈들을 모니터링하는 것은 실제 발전 현장에 적용하기에 적합하지 못하다.

두 번째로는 태양전지 어레이 곳곳에 적외선 카메라를 고정 설치하는 방법을 고려해 볼 수 있다. 이러한 방법은 첫 번째 방법에 비해 영상 데이터를 빠른 시간 안에 얻을 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 적외선 카메라는 해상도의 한계로 인해 커버할 수 있는 촬영 영역이 매우 제한될 수 밖에 없고, 광대한 영역에 배열되어 있는 모든 태양전지 어레이들을 커버하기 위해서는 고가의 적외선 카메라를 굉장히 많이 설치해야만 하는 문제가 있다. 이는 과도하게 높은 초기 설치

비용을 필요로 하기 때문에 이러한 방법도 실제 태양광 발전 설비에 실용화하기에는 적합하지 못하다.

이러한 과도한 노력 및/또는 비용의 문제로 인해 종래의 태양광 발전 설비에서는 태양전지 모듈들을 적절히 모니터링해 열화된 모듈을 검출/교정하지 못하고, 열화 모듈의 존재를 무시한 채 설비를 가동하는 경우가 많았다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해소하여 태양전지 모듈의 표면 영상 데이터를 효과적으로 수집할 수 있는 데이터 수집 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명은 촬영 장치를 구비한 무인 항공기를 이용해 태양전지 모듈의 표면 영상을 자동으로 수집하는 무인 항공기 데이터 수집 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로는, 무인 항공기를 이용해 태양전지 모듈들의 표면 영상 데이터를 수집하는데 있어서, 무인 항공기에 장착된 촬영 장치가 태양전지 모듈을 촬영하는데 최적화된 위치 및 각도(태양전지 모듈에 수직한 방향)에서 태양전지 모듈들의 표면 영상을 촬영할 수 있도록 구성된 무인 항공기 데이터 수집 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되는 것은 아니며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈에 대한 표면 영상 데이터 수집 시스템은, 설정된 비행 경로를 따라 태양광 발전 설비 상공을 비행할 수 있는 무인 항공기와, 무인 항공기에 장착되어 태양전지 모듈들의 표면 영상을 촬영할 수 있는 촬영 장치를 구비한다. 촬영 장치는, 촬영 장치의 촬영 방향이 지면에 수직한 방향의 직선과 이루는 각도(α)와 태양전지 모듈의 표면이 지면에 수직한 방향의 직선과 이루는 각도(β)가 (α + β = 90°)의 식을 만족하도록 촬영 각도를 조정한 상태로 태양전지 모듈의 표면을 촬영하도록 구성된다. 또한, 태양전지 모듈에 대한 표면 촬영은, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 중심에서 그은 법선 상의 위치로 보정된 촬영 위치에서 실시되도록 구성된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 보정된 촬영 위치는, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 수직 상방 위치에서, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 중심에서 그은 법선을 향해, 거리 d[=(H-h)·tanα]만큼 수평이동된 위치가 된다. (H: 무인 항공기의 비행 고도, h: 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 중심 높이)

촬영 장치는 열화상 이미지를 생성하는 적외선 카메라로 구성될 수 있다.

적외선 카메라 촬영 장치로 촬영된 열화상 이미지는 무인 항공기의 영상 데이터 저장부에 저장될 수 있다. 열화상 이미지는 촬영이 실시된 위치에 대한 정보와 연동되어 저장될 수 있다. 또한, 열화상 이미지는 촬영이 실시된 시간에 대한 정보와도 연동되어 저장될 수도 있다.

한편, 태양전지 모듈이 일정한 경사각으로 고정되어 설치된 고정식 태양광 발전 설비에서는, 촬영 장치의 촬영 방향이 지면에 수직한 방향의 직선과 이루는 각도가 일정한 각도로 고정되도록 촬영 장치를 무인 항공기에 고정식으로 장착해도 좋다.

이 외에도, 본 발명에 따른 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈 표면 촬영 시스템에는, 본 발명의 기술적 사상을 해치지 않는 범위에서 다른 부가적인 구성이 더 포함될 수 있다.

본 발명에 따르면, 태양광 발전 설비의 모듈 표면 영상 데이터를 무인 자동화 시스템으로 수집할 수 있게 된다. 이로 인해, 데이터 수집에 소요되는 인력 및 비용이 크게 절감될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈의 표면에 대한 영상 데이터를 최적의 촬영 각도 및 위치에서 촬영할 수 있어 신뢰성 높은 정확한 데이터 수집이 가능하게 된다. 이로 인해 태양광 발전 설비에 대한 정확한 모니터링이 가능해져 열화 모듈의 조기 발견 및 조기 교정이 가능해 진다.

도 1은 태양광 발전 설비의 일실시예를 도시하는 사시도이다.
도 2는 태양광 발전 설비의 다른 실시예를 도시하는 사사도이다.
도 3은 도 2에 도시된 태양광 발전 설비를 구성하는 태양전지 모듈의 측면도이다.
도 4는 무인 항공기 및 무인 항공기에 장착된 촬영 장치의 개략적인 외관을 도시한다.
도 5는 본 발명에 이용될 수 있는 무인 항공기의 예시적인 구성요소들을 개념적으로 도시한다.
도 6은 태양전지 모듈이 설치된 위치의 좌표값을 이용해 무인 항공기를 GPS 제어로 위치시킨 상태를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따라 무인 항공기의 촬영 각도 및 촬영 위치를 보정하는 방법을 도시한다.
도 8은 태양전지 모듈의 위치 좌표값을 이용해 무인 항공기를 GPS 제어로 위치시킨 상태, 본 발명에 따라 무인 항공기의 촬영 각도 및 위치를 보정한 상태, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈 사이의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
도 9는 상부에서 바라 본 태양광 발전 설비의 모습을 도시한다.
도 10은 서로 다른 경사각으로 형성된 태양전지 모듈에 본 발명에 따른 촬영 각도 및 위치 보정 방법이 적용된 모습을 도시한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙여 설명하도록 한다. 또한, 도면에 도시된 각 구성요소들의 크기 및 형상은 설명의 편의를 위해 임의로 도시된 것이므로, 본 발명이 반드시 도시된 크기 및 형상으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.

도 1은 태양광 발전 설비의 예시적인 일 실시형태를 개략적으로 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이 태양광 발전 설비는 다수의 태양전지 어레이(10)의 배열로 구성된다. 태양전지 어레이(10)는 복수의 태양전지 셀이 집합하여 구성된 태양전지 모듈(20)의 집합체로써, 태양광을 집광하여 광기 전력 효과에 의해 전기를 발생시킨다.

도 2는 태양광 발전 설비의 다른 실시형태를 도시한다. 도 2에 도시된 태양광 발전 설비는, 태양의 위치에 따라 태양전지 모듈의 배향각이 변경되어 태양전지 모듈의 표면이 태양광과 수직을 이룰 수 있도록 구성된 추적식 태양광 발전 설비(도 3 참조)라는 점을 제외하고는, 도 1에 도시된 태양광 발전 설비와 동일하게 구성될 수 있다.

그런데 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈들은 시간이 지남에 따라 점차 열화되게 된다. 이러한 열화된 모듈은 태양전지 어레이 상에서 전기적인 저항으로 작용해 발전 설비의 출력을 저하시키는 요인으로 작용하기 때문에, 태양광 발전 설비의 출력 효율 저하를 방지하기 위해서는 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈을 지속적으로 모니터링해 열화된 모듈을 빨리 검출하여 교정할 필요가 있다.

이를 위해 본 발명은 촬영 장치(200)를 장착한 무인 항공기(100)를 통해 태양전지 모듈의 표면 영상 데이터를 촬영·수집하도록 구성된다. 도 4는 본 발명에 이용될 수 있는 무인 항공기(100) 및 무인 항공기에 장착된 촬영 장치(200)의 개략적인 외관을 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이 촬영 장치(200)는 무인 항공기로부터 하방으로 소정의 각도로 경사진 상태가 될 수 있도록 무인 항공기의 중심부 하방에 장착되어, 지상에 설치된 태양광 발전 설비의 태양전지 모듈들의 표면을 상공에서 촬영할 수 있도록 구성된다. 촬영 장치(200)는 하방으로의 경사 각도가 변경될 수 있도록 무인 항공기에 대해 수직방향으로 회전가능하게(도 4에 도시된 화살표 방향으로 회전가능하게) 장착될 수 있다.

본 발명에 이용되는 촬영 장치(200)는 열화상 이미지를 생성하는 적외선 카메라로 구성되는 것이 바람직하다. 적외선 카메라는 물체가 발산하는 적외선을 영상으로 나타내 주는 장비로서, 배관라인의 유동상태 점검 및 분석, 건축물의 냉/난방 단열 및 보온상태 진단, 송배전 전기설비의 과열상태 진단, 각종 기기 열 설계, 지열 조사, 육지 동/식물 생태조사, 해양 표면 및 지표면 온도분포 관찰, 공장 시설의 침입감시 및 화재감시, 발전소/변전소의 침입감시, 차량 및 비행기용 나이트 비젼 등 산업응용, 연구개발, 보안감시 등의 분야에서 다양하게 사용된다.

이러한 적외선 카메라는 눈에 보이지 않는 적외선을 검출하여 에너지량과 온도의 상관관계로부터 열화상을 획득한다. 물체로부터 방사된 복사에너지를 검출하기 위해서는 적외선 검출소자(IR Detector)가 사용된다. 적외선 검출소자는 적외선 에너지를 광자로서 흡수하고, 흡수된 적외선 광자들은 검출기 내에 전자를 여기시켜 전류를 발생시킨다. 여기된 광자의 수에 따라 검출기 내의 전기저항도 비례적으로 변하게 되며, 이 저항변화를 검출하여 디지털 레벨 값으로 저장한다. 디지털 레벨 값은 온도 보정 함수를 이용해 온도로 변환이 되고, 변환된 온도 값은 밝기 값에 맞는 열화상으로 생성된다.

일반적인 적외선 카메라는 피사체에서 발생된 적외선을 IR-Lens를 통해 입력하고, 입력된 적외선 신호는 적외선 검출소자에 상이 맺혀서 어레이(array)로 구성된 초기 영상신호로 입력된다. 입력된 신호는 증폭기(Amplifier)를 통해 적합한 크기의 신호로 증폭된 후 처리부(Processor)에서 설정된 방사율에 따른 입력 화면의 온도를 계산한 후 신호 발생기(Signal-generator)를 통해 사용자가 눈으로 볼 수 있는 화상 또는 파일로 출력한다.

본 발명의 촬영 장치(200)로 이용되는 적외선 카메라는 일반적으로 공지되어 있는 통상의 적외선 카메라를 채용할 수 있으므로, 적외선 카메라에 대한 보다 구체적인 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

도 5는 본 발명에 이용될 수 있는 촬영 장치(200)를 탑재한 무인 항공기(100)의 주요 구성요소들을 도시한다. 도 5는 무인 항공기(100)의 예시적인 일 실시형태를 도시하는 것으로, 본 발명에 이용되는 무인 항공기(100)는 도 5에 도시된 예시적인 형태 이외의 다른 어떠한 형태로 구현되어도 무방하다.

무인 항공기(100)는 구동부(101)를 포함한다. 구동부(101)는 무인 항공기의 비행 동력을 얻기 위한 기계장치를 포함한다. 양력을 얻기 위한 프로펠러, 로터, 로터를 구동하기 위한 전기 모터 또는 내연기관 등의 동력 생성 장치, 동력원이 되는 배터리 또는 연료저장소 등이 이에 해당한다. 무인 항공기(100)의 구동부(101)는 구동 제어부(102)에 의하여 제어된다. 구동 제어부(102)는 설정된 비행 경로, 비행 자세, 비행 고도 및 비행 속도를 유지하도록 구동부(101)를 제어한다. 이를 위해, 비행제어신호 생성부(105)는 비행정보 저장부(106)와 비행상태 탐지부(107)로부터 데이터를 받아 구동 제어부(102)로의 제어 신호를 생성한다.

비행정보 저장부(106)는 무인 항공기의 비행경로, 고도, 속도 및 자세에 대한 정보를 저장하고 있다. 한편, 비행상태 탐지부(107)는 무인 항공기의 현재 위치, 고도, 속도 및 자세를 감지하여 데이터를 생성한다.

비행정보 저장부(106)와 비행상태 탐지부(107)로부터 데이터를 전달받은 비행제어신호 생성부(105)는 비행정보 저장부(106)로부터의 데이터와 비행상태 탐지부(107)로부터의 데이터를 비교한다. 만일, 특정 위치에서 사전 설정된 비행 정보와 현재 비행상태의 차이가 발생하는 경우, 비행제어신호 생성부(105)는 현재 비행상태를 사전 설정된 상태로 복귀시키기 위한 제어 신호를 생성하여 구동 제어부(102)로 출력하고, 구동 제어부(102)는 이 신호에 따라 구동부(101)를 제어하여 무인 항공기(100)가 설정된 비행 경로, 비행 자세, 비행 고도 및 비행 속도를 유지할 수 있도록 한다.

비행상태 탐지부(107)는 GPS 위성으로부터 수신된 GPS 값으로부터 현재 위치를 감지할 수 있다. 무인 항공기(100)가 GPS 유도되는 경우에는 비행상태 탐지부(107)에서 탐지된 GPS 값이 비행 정보 저장부(106)에 저장된 비행 경로 및 고도에 대한 GPS 값과 대비된다. 이러한 대비는 비행제어신호 생성부(105)에서 실행된다. 비행 속도는 별도의 속도계에 의하여 탐지될 수도 있고, 탐지되는 GPS 데이터의 시간에 따른 변화를 계산하여 얻을 수도 있다. 비행 자세, 즉 무인 항공기(100) 몸체의 기울어짐에 관한 정보는 자이로스코프 또는 이와 동일한 기능을 수행하는 수단에 의하여 탐지될 수 있다. 촬영 장치(200)의 태양전지 모듈에 대한 촬영 각도는 수집된 영상 정보의 질에 영향을 미칠 수 있기 때문에 무인 항공기(100)의 비행 자세에 대한 제어 또한 중요한 제어 요소가 될 수 있다.

무인 항공기(100)에 장착된 촬영 장치(200)는 촬영 제어부(108)에 의해 제어된다. 촬영 제어부(108)에 의해 촬영 신호를 받으면 촬영 장치(200)는 촬영을 실시한다. 한편, 촬영 제어부(108)는 비행상태 탐지부(107)로부터 현재 위치에 대한 정보를 수신한다. 이러한 방식으로, 무인 항공기가 태양전지 모듈의 표면 영상을 촬영해야 하는 특정 위치에 도달하면 촬영 제어부(108)에 의하여 촬영 신호가 생성되고 촬영 장치(200)가 촬영을 실시할 수 있다.

촬영 장치(200)로부터 촬영된 영상 데이터는 무인 항공기(100) 내부에 제공된 영상 데이터 저장부(103)에 저장된다. 영상 데이터 저장부(103)가 촬영 장치(200)로부터 촬영된 영상 데이터를 저장할 때, 촬영된 영상 데이터에 촬영이 실시된 위치 정보를 연동하여 저장하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 영상 데이터 저장부(103)는 비행상태 탐지부(107)로부터 위치 정보를 수신할 수 있다. 영상 데이터 저장 시 연동 저장되는 이러한 위치 정보는 촬영 제어부(108)로부터 영상 데이터 저장부(103)로 전달되는 형태의 실시도 가능하다. 촬영 제어부(108)는 촬영 장치(200)로 촬영 실시 명령을 내리는데 있어서 비행상태 탐지부(107)로부터 위치 정보를 수신하는데, 촬영 실시 신호를 촬영 장치(200)로 전달함과 동시에 비행상태 탐지부(107)로부터 수신한 위치 정보를 영상 데이터 저장부(103)로 전달함으로써, 촬영 장치(200)에 의해 촬영된 영상 데이터가 촬영이 실시된 위치 정보와 연동 저장되도록 할 수 있다. 이러한 방식으로 영상 데이터를 저장하면, 향후 영상 분석 시 특정 영상 데이터가 어느 위치에서 촬영된 것인지를 쉽게 확인할 수 있다. 만일 특정 영상 데이터에서 열화 모듈이 감지될 경우, 그 위치를 손쉽게 확인할 수 있게 된다. 또한, 이러한 영상 데이터에는 촬영이 실시된 시간에 대한 정보도 함께 연동되어 저장되도록 구현될 수도 있다.

영상 데이터 저장부(103)는 인터페이스부(104)에 연결된다. 인터페이스부(104)는 무인 항공기(100)가 기지로 귀환했을 때, 바람직하게는 자동으로 기지의 데이터베이스와 연결되어 비행 도중 촬영한 영상 데이터 정보를 기지의 데이터베이스로 전달하는 기능을 수행한다.

본 발명에 따른 무인 항공기(100)는 GPS 제어를 통해 설정된 경로를 비행하면서 정해진 촬영 위치에서 태양전지 모듈의 표면을 촬영하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 GPS 제어를 통해 비행 제어를 수행할 경우, 촬영 위치는 태양전지 모듈이 설치되어 있는 위치의 좌표값을 이용해 설정될 수 있다. 그러나 단순히 태양전지 모듈의 위치 좌표값을 이용해 무인 항공기(100)의 촬영 위치를 제어할 될 경우에는 다음과 같은 문제가 발생하게 된다.

도 6은 태양전지 모듈의 위치 좌표값을 이용해 특정 고도(H)에 무인 항공기가 위치된 상태에서, 무인 항공기(100)와 태양전지 모듈(20)의 위치 관계를 도시한다. 태양전지 모듈의 표면 영상은 태양전지 모듈 표면에 수직한 방향에서 촬영되어야 정확한 데이터가 수집될 수 있다. 그러나, 도 6과 같이 무인 항공기(100)를 단순히 태양전지 모듈의 위치 좌표값을 이용해 태양전지 모듈의 수직 상방 위치에 위치시키게 되면, 태양전지 모듈(20) 표면에 대한 수직한 방향에서의 촬영이 보장되지 않으며, 나아가 촬영하고자 하는 모듈의 전체 영역을 포함하는 촬영 영상을 얻을 수 없게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 무인 항공기에 장착된 촬영 장치의 촬영 각도 및 촬영 위치를 최적의 상태로 조정하여 촬영을 실시하는 방법을 제공한다. 도 7에는 본 발명에 따라 무인 항공기에 장착된 촬영 장치의 촬영 각도 및 촬영 위치를 보정하는 방법이 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 무인 항공기(100)에 장착된 촬영 장치(200)가 태양전지 모듈의 표면에 수직한 방향에서 태양전지 모듈의 표면 영상을 촬영할 수 있도록 촬영 장치(200)의 촬영 각도를 조정하고(도 7에 ①로 표시된 각도 보정), 무인 항공기(100)를 수평이동시켜 촬영 위치를 보정(도 7에 ②로 표시된 위치 보정)하도록 구성된다.

이하에서는 본 발명의 촬영 각도 및 촬영 위치 보정 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 무인 항공기(100)에 장착된 촬영 장치(200)의 촬영 방향(L1 방향)이 지면에 수직한 방향의 직선과 이루는 각도를 α, 태양전지 모듈의 표면이 지면에 수직한 방향의 직선과 이루는 각도를 β라고 했을 때, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈(20)의 위치 좌표값을 이용해 GPS 제어로 위치시킨 무인 항공기의 위치(A 위치; 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 수직 상방의 위치), 본 발명에 따라 보정된 촬영 위치(B 위치), 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 표면 중심 위치(C 위치) 사이에는, 아래와 같은 관계가 성립해야 한다(도 7 및 도 8 참조).

[식 1]

α + β = 90°

[식 2]

보정 거리 d(A-B 사이의 거리) = (H-h)·tan α

(H: 무인 항공기의 비행 고도)

(h: 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 중심 높이)

우선, 촬영 장치(200)의 촬영 각도를 태양전지 모듈의 표면에 수직한 방향으로 배향하기 위해서는, 촬영 장치의 촬영 방향(L1)이 지면에 수직한 방향의 직선과 이루는 각도(α)와 태양전지 모듈의 표면이 지면에 수직한 방향의 직선과 이루는 각도(β)의 합이 위 [식 1]과 같이 90˚가 되도록 촬영 장치(200)의 촬영 각도(α)를 (90°- β)의 값이 되도록 조정해야 한다(도 7 및 도 8 참조).

그러나, 이와 같이 촬영 각도 조정을 하더라도, 무인 항공기가 도 7의 A위치와 같이 태양전지 모듈의 수직 상방에 위치한 경우에는, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 전체 표면이 적절히 촬영되지 않는다. 이러한 문제를 해소하기 위해 본 발명은 촬영 위치를 촬영하고자 하는 모듈들의 중심(C 위치)으로부터 그은 법선 상의 위치(B 위치)로 보정한다.

예컨대, 본 발명은 태양전지 모듈의 표면에 수직한 방향에서 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 전체 표면에 대한 영상을 촬영하기 위하여, 무인 항공기(및 촬영 장치)를 태양전지 모듈의 수직 상방 위치(A 위치)로부터 [식 2]의 수식에서 계산된 값[(H-h)·tan α] 만큼 수평이동 시키도록 구성될 수 있다([식 2]의 수식이 계산된 원리는 도 8에 도시된 위치관계로부터 쉽게 이해할 수 있다). 이 때, 위치 보정되는 방향(L2)은 촬영하고자 하는 태양전지 모듈(20)의 수직 상방 위치(A 위치)로부터, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈(20)의 표면의 중심 위치(C 위치)에서 그은 법선의 방향(L3 방향)을 향하는 방향이 된다(도 8 참조). 즉, 위치 보정 방향(L2)은, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 표면 중심(C 위치)에서 그은 법선(L3)과 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 중심(C 위치)에서 수직 방향으로 그은 직선(도 8에서 A 위치와 C 위치를 잇는 직선)이 이루는 평면 내에서, 태양전지 모듈이 향하는 방향(즉 태양전지 패널로부터 멀어지는 방향)으로 수평 이동되는 방향이 된다.

도 9는 상공에서 바라본 태양광 발전 설비의 모습을 도시한다. 도 9에서 쉽게 확인할 수 있는 바와 같이, 태양전지 모듈 표면과의 수직의 촬영 각도를 확보하기 위해, 본 발명의 무인 항공기(및 촬영 장치)는 태양전지 모듈들의 어레이(10)에 수직한 방향으로(위에서 바라보았을 때 수직한 방향) 이동하도록 보정되게 된다.

이와 같이 보정된 촬영 각도 및 촬영 위치에서 태양전지 모듈을 촬영하게 되면, 태양전지 모듈 표면과 수직을 이루는 촬영 각도에서 원하는 태양전지 모듈을 전체적으로 촬영할 수 있어, 매우 신뢰성 있는 표면 데이터 정보를 수집할 수 있게 된다.

예컨대 도 10에는 서로 다른 경사각으로 경사져 있는 태양전지 모듈을 본 발명에 따라 보정된 촬영 각도 및 위치를 이용해 촬영하는 모습을 나타낸다. 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 촬영 각도 및 촬영 위치 보정 방법을 이용하면, 태양전지 모듈들이 어떠한 배향각으로 배치되어 있더라도 태양전지 모듈의 표면 영상을 최적화된 촬영 각도 및 위치로 보정된 상태에서 촬영할 수 있기 때문에, 정확한 표면 영상 데이터를 안정적으로 수집할 수 있게 된다. [GPS의 위치 에러 범위, 무인 항공기와 촬영 장치의 높이 차이 등으로 인해 도 8에 도시된 삼각형 형태의 위치 관계에 약간의 오차가 있을 수 있으나, 이러한 정도의 오차는 표면 영상 데이터를 수집하는데 큰 영향을 미치지 않기 때문에 무시될 수 있다]

한편, 도 1과 같이 태양전지 모듈이 일정한 경사각(β)으로 고정되어 설치된 태양광 발전 설비의 경우에는, 태양전지 모듈의 표면과 수직이 되는 촬영 장치의 촬영 각도(α=90°-β)도 항상 일정한 각도가 된다. 따라서, 이러한 경우에는 촬영 장치(200)가 무인 항공기(100)와 일정한 각도(α=90°-β)를 이루도록 무인 항공기(100)에 고정식으로(즉, 무인 항공기에 대해 회전하지 않도록) 장착되도록 구성해도 좋다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.

1: 태양광 발전 설비
10: 태양전지 어레이
20: 태양전지 모듈
100: 무인 항공기
101: 구동부
102: 구동 제어부
103: 영상 데이터 저장부
104: 인터페이스부
105: 비행제어신호 생성부
106: 비행정보 저장부
107: 비행상태 탐지부
108: 촬영 제어부
200: 촬영 장치
A: 태양전지 모듈 위치 좌표에 따라 무인 항공기를 GPS 위치 제어한 상태
B: 본 발명에 따라 무인 항공기의 촬영 위치를 보정한 상태
H: 무인 항공기의 비행 고도
h: 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 중심 높이
α: 촬영 장치의 촬영 각도 (지면에 수직한 직선과 이루는 각도)
β: 태양전지 모듈의 경사 각도 (지면에 수직한 직선과 이루는 각도)
d: 본 발명에 따른 무인 항공기(및 촬영 장치)의 위치 보정량

Claims (6)

1. 설정된 비행 경로를 따라 태양광 발전 설비 상공을 비행할 수 있는 무인 항공기(100)와,
   상기 무인 항공기(100)에 장착되어 태양전지 모듈들의 표면 영상을 촬영할 수 있는 촬영 장치(200)를 구비하고,
   상기 촬영 장치(200)는, 촬영 장치의 촬영 방향(L1)이 지면에 수직한 방향의 직선과 이루는 각도(α)와 태양전지 모듈의 표면이 지면에 수직한 방향의 직선과 이루는 각도(β)가 [식 1]을 만족하도록 촬영 각도를 조정해 태양전지 모듈의 표면을 촬영하도록 구성되고,
   태양전지 모듈에 대한 표면 촬영은, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 중심에서 그은 법선 상의 위치로 보정된 촬영 위치에서 실시되도록 구성되고,
   상기 보정된 촬영 위치는, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 수직 상방 위치에서, 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 중심에서 그은 법선을 향해 [식 2]로 계산되는 거리 d 만큼 수평이동된 위치인,
   태양광 발전 설비의 태양전지 모듈 표면 영상 데이터 수집 시스템.
   [식 1]
   α + β = 90°
   [식 2]
   d = (H-h)·tan α [H: 무인 항공기의 비행 고도, h: 촬영하고자 하는 태양전지 모듈의 중심 높이]
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 촬영 장치(200)는 적외선 카메라인,
   태양광 발전 설비의 태양전지 모듈 표면 영상 데이터 수집 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 촬영 장치(200)로 촬영된 열화상 이미지는 상기 무인 항공기(100)의 영상 데이터 저장부(103)에 저장되고,
   상기 촬영된 열화상 이미지는 촬영이 실시된 위치에 대한 정보와 연동되어 저장되는,
   태양광 발전 설비의 태양전지 모듈 표면 영상 데이터 수집 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 촬영된 열화상 이미지는 촬영이 실시된 시간에 대한 정보와도 연동되어 저장되는,
   태양광 발전 설비의 태양전지 모듈 표면 영상 데이터 수집 시스템.
6. 삭제

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