KR102161149B1 - Apparatus for supporting solar cell modules - Google Patents

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KR102161149B1
KR102161149B1 KR1020190155562A KR20190155562A KR102161149B1 KR 102161149 B1 KR102161149 B1 KR 102161149B1 KR 1020190155562 A KR1020190155562 A KR 1020190155562A KR 20190155562 A KR20190155562 A KR 20190155562A KR 102161149 B1 KR102161149 B1 KR 102161149B1
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solar panel
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solar cell
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KR1020190155562A
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홍정훈
이남영
박석화
박민철
김의중
박문수
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주식회사 케이에스비
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Abstract

The present invention relates to a solar cell light collecting plate support device and, more specifically, to a solar cell light collecting plate support device capable of variously adjusting an inclination angle of a solar cell light collecting plate according to an elevation angle of the sun, which varies by region according to latitude and longitude, and reducing construction costs by minimizing welding work in combination between components to facilitate construction work, thereby reducing transportation costs due to lighter support structures. The solar cell light collecting plate support device according to the present invention includes: a plurality of H-beams installed in a row on the ground; a coupling unit coupled to an upper portion of the H-beam; a rotating shaft installed to pass through an upper portion of the coupling unit; a rotating plate coupled to both sides of the rotating shaft; a support bar coupled to an upper portion of the rotating plate; a plurality of L-shaped coupling members coupled to an upper portion of the support bar; a plurality of C-beams coupled to the L-shaped coupling members to connect support bars and to load a light collecting plate thereon; a plurality of angle fixing holes formed radially in the coupling unit around the rotating shaft; a plurality of angle adjustment holes formed in the rotating plate to correspond while forming different inclination angles in the angle fixing hole; and an angle fixing means coupled through the angle adjustment hole and the angle fixing hole.

Description

태양전지 집광판 지지장치 변위 판단방법{APPARATUS FOR SUPPORTING SOLAR CELL MODULES}Method of determining displacement of solar cell collector plate support device {APPARATUS FOR SUPPORTING SOLAR CELL MODULES}

본 발명은 태양전지 집광판 지지장치 변위 판단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 위도와 경도에 따라 지역별 차이가 있는 태양의 고도각에 맞춰 태양전지 집광판의 경사각도를 다양하게 조절할 수 있으며, 구성 간의 결합에 용접작업을 최소화하여 시공작업이 용이하고, 지지 구조물이 경량화되어 운송비용을 줄일 수 있어 시공비용을 절감할 수 있는 태양전지 집광판 지지장치 변위 판단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of determining displacement of a solar cell light collecting plate support device, and more particularly, the inclination angle of the solar cell light collecting plate can be variously adjusted according to the elevation angle of the sun, which varies by region according to latitude and longitude, and the combination between configurations The present invention relates to a method for determining displacement of a solar cell concentrator plate support device that can reduce the construction cost by minimizing the welding work to facilitate the construction work and to reduce the transportation cost by reducing the weight of the supporting structure.

화석연료와 같은 에너지원은 우리가 사용할 수 있도록 만들고 이용하는데 지속적으로 높은 기술력과 자본을 필요로 하며, 발전에 필요한 비용증가와 자원고갈이라는 한계점을 가지고 있으며, 가장 비용이 저렴한 발전방법으로 꼽히는 원자력발전은 높은 기술력과 안전을 담보로 하기 때문에 친환경적이면서 안전한 신재생에너지에 대한 필요성이 늘어가고 있다.Energy sources such as fossil fuels continuously require high technology and capital to make them usable and use them, have limitations in increasing cost and depletion of resources, and are considered as the cheapest power generation method. The necessity for eco-friendly and safe new and renewable energy is increasing because the company guarantees high technology and safety.

그 중에서 태양광 발전은 연료의 고갈없이 지속적인 이용이 가능하고, 발전시에 이산화탄소가 발생하지 않아 화석연료에 의한 발전방법에 비해 친환경적이며, 안전한 발전방법으로 각광을 받고 있다.Among them, solar power generation can be used continuously without exhaustion of fuel, and because carbon dioxide is not generated during power generation, it is more environmentally friendly and safer than the power generation method using fossil fuels.

일반적인 태양광 발전시스템은 햇빛을 받으면 광전효과(Photoelectric Effect)에 의해 전기를 발생하는 태양전지와 전기에너지를 저장 공급하는 요소들에 의해 전력을 생산하는 시스템으로 집광판, 축전기 및 전력변환장치 등을 포함하게 되며, 다수의 태양전지 셀들이 모듈형태로 배치된 태양전지 집광판은 태양광선과 90도의 각도를 이룰 때 발전 효율이 가장 좋은데, 지구는 자전과 공전을 하므로 태양의 고도가 주기적으로 변하게 되어 계절에 따라 발전 효율의 차이가 크게 발생한다.A general solar power generation system is a system that generates electricity by solar cells that generate electricity by the photoelectric effect when it receives sunlight and elements that store and supply electrical energy, and includes a light collecting plate, a capacitor, and a power converter. The solar cell concentrator panel, in which a number of solar cells are arranged in a module form, has the best power generation efficiency when it is at an angle of 90 degrees to the sunlight. Since the earth rotates and revolves, the altitude of the sun changes periodically, Accordingly, a large difference in power generation efficiency occurs.

이와 같은 태양광 발전시스템은 태양전지모듈의 설치방식에 따라 고정식, 고정 가변식 또는 추적식으로 구성되는데, 고정식은 태양전지 집광판의 각도의 조정없이 설치된 각도를 유지하는 방식으로 태양전지판이 정남향을 향해 고정되어 있기 때문에 봄, 가을을 제외하고는 최대 출력의 70% 이상 얻기가 어려워 계절별 발전효율의 차이가 커 경제성이 떨어지는 문제점이 있고, 추적식은 태양의 위치와 고도를 추적하여 태양광선과 집광판의 각도가 수직이 되도록 조정하는 방식으로 설치비와 유지보수비가 크다는 문제점이 있다. 한편, 고정 가변식은 집광판의 각도를 겨울, 봄과 가을, 여름의 대표적인 태양 고도각에 집광판의 각도가 수직이 되게 수동적으로 집광판의 설치각도를 조절하는 방식으로 발전비용 대비 효율을 고려하여 현실적으로 많이 이용되고 있는 방법이다.Such a solar power generation system is composed of a fixed type, a fixed variable type, or a tracking type according to the installation method of the solar cell module, and the fixed type maintains the installed angle without adjusting the angle of the solar panel, so that the solar panel faces the south direction. Because it is fixed, it is difficult to obtain more than 70% of the maximum output except in spring and autumn, so there is a problem that the difference in power generation efficiency by season is large and economical efficiency is low. There is a problem in that the installation cost and maintenance cost are large because the method is adjusted to be vertical. On the other hand, the fixed variable type is a method of manually adjusting the installation angle of the light collecting plate so that the angle of the light collecting plate is perpendicular to the typical solar elevation angle in winter, spring, autumn, and summer. This is how it is being.

이와 같은 고정 가변식 태양전지 집광판의 각도조절 장치는 노지에 설치되는 관계로 비바람이 몰아치는 환경에서도 견고하고, 저비용의 설비로 안정적으로 각도를 유지할 수 있어야 한다.Since the angle adjusting device of such a fixed and variable solar cell light collecting plate is installed in the open field, it must be sturdy even in a rainy and windy environment and be able to stably maintain the angle with low-cost facilities.

집광판의 각도를 태양 고도각에 맞춰 조절하기 위한 종래의 기술로서 대한민국 등록특허 제10-0734217호, 제10-1108713호와 같은 기술들이 개시되었으며, 대한민국 등록특허 제10-0734217호의 경우 반원모양의 덮개에 원통파이프 형상의 회전축겸용지지대가 삽입되고 덮개에 형성된 각도조절용피스홀에 각도조절용피스를 이용하여 태양전지판의 각도를 조절하는 기술로서 단순히 각도조절용피스가 태양전지판의 하중을 지지하므로 강풍이 부는 경우 태양전지판의 하중을 지지하는 각도조절용피스의 내구성이 약해져 마모되거나 파손되는 문제점이 발생되었다.As a conventional technique for adjusting the angle of the light collecting plate according to the solar elevation angle, technologies such as Korean Patent Nos. 10-0734217 and 10-1108713 have been disclosed, and in the case of Korean Patent No. 10-0734217, a semicircular cover This is a technology that adjusts the angle of the solar panel by inserting a cylindrical pipe-shaped rotating shaft supporter into the angle adjusting piece hole formed in the cover, and using the angle adjusting piece to adjust the angle of the solar panel. The durability of the angle adjustment piece that supports the load of the solar panel is weakened, causing a problem of being worn or damaged.

대한민국 등록특허 제10-1108713호의 경우 태양전지판이 회동중심선을 기준으로 회동가능하게 지지하는 지지프레임이 회동플레이트에 호형 궤적을 따라 형성된 회동결합공의 이동공 내에서 회동되도록 하고 각도고정부재가 걸림공에 걸려 태양전지판의 회동을 구속하도록 한 기술로서, 회동결합공이 호형 궤적을 따라 형성되는 방식은 각도조절용홀 내에 볼트를 체결하는 방식에 비해 각도고정부재가 원활하게 움직일 수 있도록 하기 위한 유격이 더 필요하게 되고 사용에 따라 마모에 의해 형성된 홀의 크기가 커져 플레이트의 내구도가 감소하여 각도를 조절하는 과정에서 플레이트의 파손이 쉽게 발생하는 문제점이 있으며, 구성 사이에 용접으로 결합되는 부분이 많을수록 파손된 부분만 교체하거나 보수하기가 어려운 문제점이 있다.In the case of Korean Patent Registration No. 10-1108713, the support frame supporting the solar panel so that it can be rotated relative to the rotation center line rotates within the moving hole of the rotational coupling hole formed along the arc-shaped trajectory on the rotation plate, and the angle fixing member is locked It is a technology that restricts the rotation of the solar panel by being hooked on it.The method in which the rotation coupling hole is formed along the arc-shaped trajectory requires more clearance to allow the angle fixing member to move smoothly compared to the method of fastening bolts in the angle adjustment hole. As the size of the hole formed by wear increases depending on the use, the durability of the plate decreases, and there is a problem that the plate is easily damaged in the process of adjusting the angle.The more parts that are joined by welding between the components, the more only the damaged part is There is a problem that is difficult to replace or repair.

대한민국 등록특허 제10-0734217호Korean Patent Registration No. 10-0734217 대한민국 등록특허 제10-1108713호Korean Patent Registration No. 10-1108713

본 발명에 따른 태양전지 집광판 지지장치는 지역별 차이가 발생하는 태양의 고도각에 맞춰 태양전지 집광판의 경사각도를 다양하게 조절할 수 있고, 지지 구조가 견고하면서도 구조물의 경량화가 가능하게 구성되어 구조물의 설치 및 유지보수 비용이 절감되도록 하는 것을 주요한 과제로 한다.The solar cell light collecting plate support device according to the present invention can variously adjust the inclination angle of the solar cell light collecting plate according to the elevation angle of the sun where regional differences occur, and the support structure is solid and the structure can be lightened. And it is a major task to reduce maintenance costs.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,As a means to achieve the above object,

본 발명은 지반에 일렬로 설치된 다수의 H형강기초와; 상기 H형강기초 상부에 결합된 결합구와; 상기 결합구의 상부를 관통되도록 설치된 회전축과; 상기 회전축의 양측에 결합된 회전판과; 상기 회전판의 상부에 결합된 지지바와; 상기 지지바의 상부에 결합된 다수의 L형 결합부재와; 상기 L형 결합부재에 결합되어 지지바들을 연결하고, 상부에 집광판을 적재하는 다수의 C형강과; 상기 회전축을 중심으로 상기 결합구에 방사상으로 형성된 다수의 각도고정홀과; 상기 각도고정홀에 서로 다른 경사각을 형성하면서 대응되도록 상기 회전판에 형성된 다수의 각도조절홀과; 상기 각도조절홀과 상기 각도고정홀을 관통하여 결합된 각도고정수단을 포함하여 이루어짐이 특징이다.The present invention includes a plurality of H-beam bases installed in a row on the ground; A coupling unit coupled to the upper portion of the H-shaped steel base; A rotation shaft installed to pass through the upper portion of the coupling hole; A rotating plate coupled to both sides of the rotating shaft; A support bar coupled to an upper portion of the rotating plate; A plurality of L-shaped coupling members coupled to the upper portion of the support bar; A plurality of C-beams coupled to the L-shaped coupling member to connect support bars and to load a light collecting plate thereon; A plurality of angle fixing holes formed radially in the coupling hole about the rotation axis; A plurality of angle adjustment holes formed in the rotating plate to correspond while forming different inclination angles in the angle fixing hole; It is characterized in that it comprises an angle fixing means coupled through the angle adjustment hole and the angle fixing hole.

또한, 구조물을 촬영하되 배경영역과 구조물영역을 추출하여 관심 영역으로 설정하는 관심영역 추출단계와, 영상에서 픽셀 값들이 유사한 명암도를 가진 픽셀들로 PCM 알고리즘을 적용하여 군집화 하고, 군집화 된 클러스터들에서 추출한 라인의 형태학적 특징이 포함된 클러스터 그룹을 탐색하여 구조물 영역을 정확하게 추출하는 구조물 영역 추출단계과, 상기 구조물이 흔들리는 변위를 측정하는 구조물 변위 측정단계로 이루어지는 것이 특징이다.In addition, the region of interest extraction step of photographing the structure while extracting the background region and the structure region to set the region of interest, and the pixels with similar intensity and intensity in the image are clustered by applying the PCM algorithm, and the clusters are clustered. It features a structure region extraction step of accurately extracting a structure region by searching for a cluster group including the morphological features of the extracted line, and a structure displacement measurement step of measuring the displacement of the structure.

또한, 상기 관심영역 추출단계는, (a1) 태양 전지판을 제외한 배경영상은며 상대적으로 낮은 명암도를 가지고 있다는 특징을 이용하기 위해서 평균 이진화를 적용하는 단계와; (a2) 평균 이진화가 적용된 영상에서 영상의 상단 부분에서 검은 픽셀에 대한 수평 히스토그램을 분석하는 단계와; (a3) 태양 전지판의 하단 부분에서는 다시 명암도가 밝아 진다는 특징을 이용하기 위하여 히스토그램에서의 최대 값을 기준으로 히스토그램상 처음으로 나타나는 배경을 설정하는 단계와; (a4) 배경과 태양 전지판 영역을 분리하기 위해서 회색조인 영상에서 최적의 임계치를 찾아내기 위해 히스토그램이 쌍봉의 형태를 가지는 특성을 이용하는 Otus’s 이진화 기법을 적용하는 단계와; (a5) Otus’s 이진화 기법이 적용된 영상에서 영상 외곽에서 중앙으로 픽셀을 탐색하여 처음으로 만난 픽셀을 태양 전지판의 윤곽선으로 설정하는 단계와; (a6) 태양 전지판의 윤곽선이 추출된 영상에서 영상의 X축 중앙을 기준으로 가장 가까운 픽셀이 탐색된 곳을 태양 전지판으로 설정하는 단계와; (a7) 태양 전지판의 하단에 존재하는 배경 영역의 윤곽선을 추출하기 위하여 Canny Edge Detection을 원 영상에 적용하여 영상의 윤곽선을 추출하는 단계와; (a8) 윤곽선이 추출된 영상에서 태양 전지판 영역을 기준으로 하단에 위치하는 윤곽선들 중에서 원 영상에서 가장 밝은 부분을 배경 영역으로 설정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.In addition, the step of extracting the region of interest may include (a1) applying an average binarization to use the feature that it is a background image excluding a solar panel and has a relatively low contrast; (a2) analyzing a horizontal histogram of black pixels in an upper portion of the image in the image to which the average binarization is applied; (a3) setting a background first appearing on the histogram based on the maximum value in the histogram in order to take advantage of the feature that the brightness and darkness become brighter again at the lower part of the solar panel; (a4) applying Otus's binarization technique, which uses a characteristic in which the histogram has a bimodal shape in order to find an optimal threshold in a grayscale image to separate the background and the solar panel region; (a5) searching for pixels from the outer to the center of the image to which the Otus’s binarization technique is applied, and setting the first pixel encountered as an outline of the solar panel; (a6) setting, as a solar panel, a location where the nearest pixel is searched based on the center of the X axis of the image in the image from which the outline of the solar panel is extracted; (a7) extracting the outline of the image by applying Canny Edge Detection to the original image in order to extract the outline of the background area existing at the bottom of the solar panel; (a8) It is characterized by including the step of setting the brightest part of the original image as a background area among the outlines located at the bottom of the solar panel area in the extracted image.

또한, 상기 허프 변환 기반 배경영역 추출단계는, 직선을 검출하기 위하여 추출된 각 에지들의 (x,y)좌표점을 지나는 직선을 수식 1을 이용하여 (θ,r)좌표 평면상의 곡선으로 변환시키는 것이 특징이다.In addition, in the Hough transform-based background region extraction step, in order to detect the straight line, the straight line passing through the (x,y) coordinate points of the extracted edges is converted into a curve on the (θ,r) coordinate plane using Equation 1 It is a feature.

(수식 1)(Equation 1)

Figure 112019122965009-pat00001
Figure 112019122965009-pat00001

상기에서 θ는 각 에지들의 (x, y)좌표 점을 지나는 직선과 수직선이 이루는 각도이고, r은 원점에서 직선까지의 거리이다. x는 x절편이고, y는 y절편이다.In the above, θ is an angle formed by a straight line passing through the (x, y) coordinate points of each edge and a vertical line, and r is the distance from the origin to the straight line. x is the x-intercept and y is the y-intercept.

또한, (r, θ)좌표평면에서는 추출된 에지들의 한 점을 지나는 여러 각도의 직선이 하나의 Sin곡선으로 표현하고, 한 점을 지나는 Sin곡선의 수 n이 임계치 보다 높은 경우에는 해당 점을 수식 2를 이용하여 (x, y)좌표 평면으로 변환시키는 것이 특징이다.In addition, in the (r, θ) coordinate plane, straight lines of multiple angles passing through one point of the extracted edges are expressed as one Sin curve, and if the number of Sin curves passing through a point n is higher than the threshold, the corresponding point is expressed. It is characterized by converting it to the (x, y) coordinate plane by using 2.

(수식 2)(Equation 2)

Figure 112019122965009-pat00002
Figure 112019122965009-pat00002

또한, 상기 PCM 양자화 기반 배경 영역 추출는, PCM 알고리즘에서는 각 포인트가 클러스터에 속하는 정도를 표현하기 위해 소속도가 아닌 전형성(typicality)를 사용하고, PCM 목적함수는 수식 3과 같은 것이 특징이다.In addition, in the PCM quantization-based background region extraction, in the PCM algorithm, typographicality, not a membership degree, is used to express the degree to which each point belongs to a cluster, and the PCM objective function is characterized by Equation 3.

(수식 3)(Equation 3)

Figure 112019122965009-pat00003
Figure 112019122965009-pat00003

수식 (3)에서 두 번째 항은 모든

Figure 112019122965009-pat00004
값이 0이 되는 경우에 목적 함수가 최소화되는 자명해(trivial solution)을 제거하기 위해 첨가된 항이고, 식 (3)에서 c는 클러스터의 개수를 의미하며, m은 전형도를 나타내는 상수로 1.5로 설정하고,
Figure 112019122965009-pat00005
는 k 번째 데이터 포인트와 i번째 클러스터 중심 사이의 거리를 의미한다.The second term in Equation (3) is all
Figure 112019122965009-pat00004
When the value becomes 0, it is a term added to remove the trivial solution that minimizes the objective function.In Equation (3), c is the number of clusters, and m is a constant representing the typicality, which is 1.5. Set up,
Figure 112019122965009-pat00005
Denotes the distance between the k-th data point and the i-th cluster center.

또한,

Figure 112019122965009-pat00006
는 k번째 데이터 포인트가 I번째 클러스터에 소속되는 전형도(Typicality)를 나타내며 식(4)와 같이 정의되는 것이 특징이다.In addition,
Figure 112019122965009-pat00006
Represents the typicality in which the k-th data point belongs to the I-th cluster, and is characterized as defined by Equation (4).

(수식 4)(Equation 4)

Figure 112019122965009-pat00007
Figure 112019122965009-pat00007

또한,

Figure 112019122965009-pat00008
는 각 클러스터에 속하는 값들의 무게 중심을 나타내는 값으로 수식 (5)와 같이 계산하는 것이 특징이다.In addition,
Figure 112019122965009-pat00008
Is a value representing the center of gravity of values belonging to each cluster, and is characterized as calculated as in Equation (5).

(수식 5)(Equation 5)

Figure 112019122965009-pat00009
Figure 112019122965009-pat00009

또한, PCM Clustering 기법은 Sum-to-One 조건을 제거함으로써 민감성을 줄일 수 있고, 수식 (3)은 수식 (6)과 같이 서로 독립적인 c개 값들의 합으로 나타낼 수 있는 것이 특징이다.In addition, the PCM clustering technique can reduce sensitivity by removing the Sum-to-One condition, and Equation (3) can be expressed as a sum of c values that are independent of each other as shown in Equation (6).

(수식 6)(Equation 6)

Figure 112019122965009-pat00010
Figure 112019122965009-pat00010

본 발명에 따른 태양전지 집광판 지지장치는 위도 경도에 따라 지역마다 차이가 발생하는 태양의 고도각에 맞춰 집광판의 각도를 다양하게 조절할 수 있으며, 지지 구조물의 구조가 견고하면서도 지지 구조물이 경량화되고 용접 결합작업이 최소화되어 구조물의 운반, 설치 및 유지보수가 용이하여 설치비용과 유지보수 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.The solar cell light collecting plate support device according to the present invention can variously adjust the angle of the light collecting plate according to the elevation angle of the sun, which varies from region to region according to latitude and longitude, and while the structure of the support structure is solid, the support structure is lightweight and welded. As work is minimized, transport, installation, and maintenance of the structure are easy, and there is an advantage of reducing installation cost and maintenance cost.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 집광판 지지장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 집광판 지지장치를 다른 각도에서 바라본 모습을 나타낸 사시도.
도 3은 도 2에서 A 부분을 확대한 부분확대도.
1 is a perspective view showing a solar cell light collecting plate support device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view showing a view from a different angle of the solar cell light collecting plate support device according to an embodiment of the present invention.
3 is a partially enlarged view of an enlarged portion A in FIG. 2.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Further, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.In addition, when any one component in the detailed description of the invention or in the claims "includes" another component, it is not limited to be construed as consisting of only the component unless otherwise stated, and other components It should be understood that it may further include.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 집광판 지지장치는 지반에 일렬로 설치된 다수의 H형강기초(100); H형강기초(100)의 상부에 결합된 결합구(200); 결합구(200)의 상부를 관통하도록 설치된 회전축(300); 회전축(300)의 양측에 결합된 회전판(400); 회전판(400)의 상부에 결합된 지지바(500); 지지바(500)의 상부에 이격되게 결합된 다수의 L형 결합부재(600); L형 결합부재(600)에 결합된 C형강(700); 결합구(200)에 형성된 다수의 각도고정홀(250); 회전판(400)에 형성된 다수의 각도조절홀(450); 및 각도고정홀(250)과 각도조절홀(450)을 관통하여 결합되는 각도고정수단(800);을 포함한 것을 특징으로 한다.Referring to Figures 1 to 3, the solar cell light collecting plate support device according to an embodiment of the present invention comprises a plurality of H-shaped steel base 100 installed in a line on the ground; The coupling part 200 coupled to the upper part of the H-beam base 100; A rotation shaft 300 installed to pass through the upper portion of the coupler 200; Rotating plates 400 coupled to both sides of the rotating shaft 300; Support bar 500 coupled to the upper portion of the rotating plate 400; A plurality of L-shaped coupling members 600 coupled to be spaced apart from the upper portion of the support bar 500; C-beam 700 coupled to the L-shaped coupling member 600; A plurality of angle fixing holes 250 formed in the coupler 200; A plurality of angle adjustment holes 450 formed in the rotating plate 400; And an angle fixing means 800 coupled through the angle fixing hole 250 and the angle adjustment hole 450.

H형강기초(100)는 지반에 일렬로 다수가 설치된 구성으로, 단면이 H형으로 형성된 H형강 기둥으로서 태양광 집광판을 지지하기 위한 구조물의 전체적인 크기, 무게 등에 따라 H형강기초의 두께, 길이 등을 포함한 크기가 변동될 수 있다.The H-beam base 100 is a structure in which a number of H-beam bases are installed in a row on the ground, and is an H-beam column formed in an H-shape in cross section, depending on the overall size and weight of the structure for supporting the solar light collecting plate, the thickness and length of the H-beam base. The size including the can be changed.

일반적으로 H형강은 H형 중앙의 가로봉에 해당하는 부분인 웨브(web), 양쪽의 세로봉에 해당하는 부분인 플랜지(flange)로 구성되되, 넓고 두꺼운 플랜지와 얇은 웨브로 구성되어 단면의 성능이 우수하고 조합 및 접합이 용이하여 구조용 강재로 널리 쓰이고 있다. 이와 같은 H형강기초(100)는 동일 규격의 각파이프에 비해 경량으로서 하단에 보강리브를 별도로 결합할 필요가 없거나, 보강력이 필요할 경우 웨브에만 리브를 설치하면 되므로 각파이프기초에 비해 보강작업이 용이한 장점이 있다.In general, H-beams are composed of a web, which is a part corresponding to the horizontal bar at the center of the H-shape, and a flange, which is a part corresponding to the vertical bar on both sides, but it is composed of a wide and thick flange and a thin web, so that the performance of the cross section is improved. It is widely used as structural steel because it is excellent and easy to combine and join. The H-beam base 100 is lighter than each pipe of the same standard, and does not require a separate reinforcing rib at the bottom, or when reinforcing force is required, the ribs can be installed only on the web. It has the advantage of being easy.

결합구(200)는 H형강기초(100)의 상부에 결합되어 H형강기초(100)와 태양전지 집광판을 지지하기 위한 다른 구성들의 결합을 매개하는 구성으로, 본 발명의 일 실시예에서 결합구(200)는 H형강기초 상부에 결합된 한 쌍의 결합판(210)과, 각도고정홀(250)이 형성된 한 쌍의 고정판(221)과 고정판들의 일단에 결합된 결합부재(222)를 포함하여 단면이 '└┘' 형으로 형성된 고정부(220)로 구성된다.The coupler 200 is a configuration that is coupled to the upper portion of the H-beam base 100 to mediate the combination of the H-beam base 100 and other components for supporting the solar cell collector plate, and in an embodiment of the present invention 200 includes a pair of coupling plates 210 coupled to the upper part of the H-beam base, a pair of fixing plates 221 having an angle fixing hole 250 formed thereon, and a coupling member 222 coupled to one end of the fixing plates Thus, it is composed of a fixing part 220 formed in a'└┘' shape.

결합판(210)에는 H형강기초(100)의 상부에 볼트 결합될 수 있도록 다수의 장홀이 구비된 것이 바람직하며, 고정부(220)의 결합부재(222)에는 결합판(210)의 상단이 끼워져 결합될 수 있는 결합슬롯(223)이 구비된 것이 보다 바람직하다. 이때, 결합슬롯(223)은 결합판(210)과 고정부(220)가 용접접합되는 부분을 넓혀주어 결합력을 높일 수 있도록 하기 위한 것이다.It is preferable that the coupling plate 210 is provided with a plurality of long holes to be bolted to the upper portion of the H-shaped steel base 100, and the upper end of the coupling plate 210 is in the coupling member 222 of the fixing part 220 It is more preferable that a coupling slot 223 that can be fitted and coupled is provided. At this time, the coupling slot 223 is to increase the coupling force by widening the portion where the coupling plate 210 and the fixing portion 220 are welded together.

또한, 고정부(220)의 고정판에는 다수의 각도고정홀(250)이 회전축을 중심으로 방사상의 위치에 형성되되, 후술할 각도조절홀(450)에 대응되게 형성되어 태양전지 집광판이 다양한 각도로 고정될 수 있도록 한 것이 바람직하다. 이는 동일한 계절과 날짜에 해당하더라도 위도와 경도에 따라 지역별로 태양의 고도각 차이가 발생하는데 방사상 위치에 형성된 각도고정홀(250)들이 서로 다른 각도조절홀(450)과 대응되면서 집광판의 고정각도가 여러 가지로 형성될 수 있게 하기 위한 것이다.In addition, in the fixing plate of the fixing part 220, a plurality of angle fixing holes 250 are formed in a radial position about the rotation axis, and are formed to correspond to the angle adjustment holes 450 to be described later, so that the solar cell condensing plate is at various angles. It is desirable to be able to fix it. Although this corresponds to the same season and date, a difference in the elevation angle of the sun occurs for each region according to latitude and longitude. As the angle fixing holes 250 formed in the radial positions correspond to different angle adjustment holes 450, the fixed angle of the light collecting plate is It is intended to be able to be formed in various ways.

회전축(300)은 결합구(200)의 상부를 관통하도록 설치된 구성으로 계절에 따라 변동하는 태양의 고도각의 변화에 따라 태양광 집광판이 소정의 각도로 회전할 수 있도록 하는 중심축으로서 본 발명의 일 실시예에서 회전축(300)은 결합구(200)와 후술할 한 쌍의 회전판(400)을 관통하여 결합된 볼트로 형성되었으나, 공지의 힌지핀 등과 같은 구성에 의해서 이루어질 수도 있다.The rotation shaft 300 is a configuration installed so as to penetrate the upper portion of the coupler 200, and is a central axis that allows the solar light collecting plate to rotate at a predetermined angle according to the change in the elevation angle of the sun that varies according to seasons. In one embodiment, the rotation shaft 300 is formed of a bolt that penetrates through the coupler 200 and a pair of rotation plates 400 to be described later, but may be formed by a configuration such as a known hinge pin.

회전판(400)은 회전축(300)의 양측에 결합되고 다수의 각도조절홀(450)이 형성된 구성으로 본 발명의 일 실시예에서 각도조절홀(450)은 세 개의 각도조절홀이 '┐'자 형태로 배치 형성되었으며, 회전판(400)이 회전축(300)을 중심으로 회전될 수 있게 설치되었다.The rotating plate 400 is coupled to both sides of the rotating shaft 300 and has a configuration in which a plurality of angle adjusting holes 450 are formed. In an embodiment of the present invention, the angle adjusting hole 450 has three angle adjusting holes of'┐'. It was arranged and formed in a shape, and the rotating plate 400 was installed to be rotated about the rotation shaft 300.

한편, 태양 전지판의 뒤틀림을 파악하기 위해 태양 전지판을 촬영하여 테두리 영역을 제외한 상태에서 수평상태를 파악하여 기울어진 정도를 파악토록한다.On the other hand, in order to determine the distortion of the solar panel, the solar panel is photographed and the horizontal state is determined without the border area, and the degree of inclination is determined.

먼저, 태양 전지판을 촬영한 영상에서 태양 전지판을 제외한 배경은 낮은 명암도를 가지고 있다는 특징이 있다. 그리고, 태양 전지판은 명암도가 상대적으로 밝다는 특징을 가지고 있다.First, in the image of the solar panel, the background except for the solar panel has a feature of having low contrast. In addition, solar panels have a feature of relatively bright contrast.

이하에서 태양 전지판의 영역 검출 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method for detecting a region of a solar panel will be described.

1. 관심 영역(Region Of Interest) 추출1. Region Of Interest Extraction

태양 전지판의 배경은 상대적으로 낮은 명암도를 가지고 있다는 특징을 이용하기 위해서 평균 이진화를 적용한다.Average binarization is applied to take advantage of the feature that the solar panel background has a relatively low contrast.

평균 이진화가 적용된 영상에서 검은 픽셀에 대한 수평 히스토그램을 분석한다.Analyze the horizontal histogram of black pixels in the image to which the average binarization is applied.

그리고, 태양 전지판의 하단 부분은 지면의 반사빛 때문에 다시 명암도가 밝아 진다는 특징을 이용하기 위하여 히스토그램에서의 최대 값을 기준으로 히스토그램상 처음으로 나타나는 영역을 탐색하고 태양 전지판의 말단부분으로 설정한다.And, in order to take advantage of the feature that the lower part of the solar panel becomes brighter again due to the reflected light from the ground, the area that first appears on the histogram is searched based on the maximum value in the histogram and set as the end of the solar panel.

태양 전지판의 배경과 태양 전지판 영역을 분리하기 위해서 Otus’s 이진화 기법을 적용한다. Otus’s 이진화 기법은 회색조인 X-ray 영상에서 최적의 임계치를 찾아내기 위해 히스토그램이 쌍봉의 형태를 가지는 특성을 이용하는 방법이다.Otus's binarization technique is applied to separate the solar panel background from the solar panel region. Otus's binarization technique is a method of using the characteristic of a histogram having a bimodal shape to find an optimal threshold in a grayscale X-ray image.

Otus’s 이진화 기법이 적용된 영상에서 영상 외곽에서 중앙으로 픽셀을 탐색하여 처음으로 만난 픽셀을 태양 전지판의 윤곽선으로 설정한다.In an image to which Otus's binarization technique is applied, pixels are searched from the outer to the center of the image and the first pixel encountered is set as the outline of the solar panel.

태양 전지판의 하단에 존재하는 배경 영역의 윤곽선을 추출하기 위하여 Canny Edge Detection을 원 영상에 적용하여 영상의 윤곽선을 추출한다.In order to extract the outline of the background area existing at the bottom of the solar panel, Canny Edge Detection is applied to the original image to extract the outline of the image.

2. 허프 변환 기반 태양 전지판 영역 추출2. Hough transform-based solar panel area extraction

허프 변환(Hough Transform)은 영상의 특징을 검출하는 기법으로 영상처리에서 자주 적용되는 기법이다. 허프 변환은 수식으로 표현 할 수 있는 도형들은 검출이 가능하다는 특징이 있다. 본 연구에서는 태양 전지판이 수평적으로 평평하다는 형태학적 특징을 이용하기 위하여 허프 변환을 적용한다. 영상에서 직선을 검출하기 위하여 Canny Edge Detector를 이용하여 에지를 추출한 후에 허프 변환 기법을 적용한다. 직선을 검출하기 위하여 추출된 각 에지들의 (x,y)좌표점을 지나는 직선을 식(1)을 이용하여 (θ,r)좌표 평면상의 곡선으로 변환한다.Hough Transform is a technique that detects features of an image and is a technique frequently applied in image processing. Hough transform is characterized by the ability to detect figures that can be expressed by formulas. In this study, Hough transform is applied to take advantage of the morphological feature that the solar panel is horizontally flat. In order to detect a straight line in the image, the Hough transform technique is applied after extracting the edge using the Canny Edge Detector. In order to detect the straight line, the straight line passing through the (x,y) coordinate point of each of the extracted edges is converted into a curve on the (θ,r) coordinate plane using Equation (1).

(식 1)(Equation 1)

Figure 112019122965009-pat00011
Figure 112019122965009-pat00011

θ는 각 에지들의 (x, y)좌표 점을 지나는 직선과 수직선이 이루는 각도이고, r은 원점에서 직선까지의 거리이다. x는 x절편이고, y는 y절편이다.θ is the angle between a straight line passing through the (x, y) coordinate points of each edge and a vertical line, and r is the distance from the origin to the straight line. x is the x-intercept and y is the y-intercept.

식(1)을 이용하여 각 에지들을 지나는 직선을 (r, θ)좌표평면상의 곡선으로 나타낸다. 본 연구에서는 수평적인 직선을 검출하기 위하여 θ의 범위를 87~93으로 제한하여 나타낸 결과는 도 5와 같다.Using Equation (1), a straight line passing through each edge is represented as a curve on the (r, θ) coordinate plane. In this study, the result of limiting the range of θ to 87 to 93 in order to detect a horizontal straight line is shown in FIG. 5.

(r, θ)좌표평면에서는 추출된 에지들의 한 점을 지나는 여러 각도의 직선이 하나의 Sin곡선으로 표현된다. (r, θ)좌표 평면상에 그려진 n개의 Sin곡선이 한점을 지날 때 그 점을 (x, y)좌표 평면으로 변환했을 때 나타나는 직선이 n개의 에지를 지난다는 의미이다. 따라서 한 점을 지나는 Sin곡선의 수 n이 임계치 보다 높은 경우에는 해당 점을 수식(2)을 이용하여 (x, y)좌표 평면으로 변환한다. 수식(2)에서 H는 영상의 폭이고, W는 영상의 너비이다.In the (r, θ) coordinate plane, straight lines of several angles passing through one point of the extracted edges are expressed as one sin curve. It means that when n Sin curves drawn on the (r, θ) coordinate plane pass through a point, the straight line that appears when the point is converted to the (x, y) coordinate plane passes through n edges. Therefore, when the number n of Sin curves passing through a point is higher than the critical value, the point is converted to the (x, y) coordinate plane using Equation (2). In Equation (2), H is the width of the image and W is the width of the image.

(수식 2)(Equation 2)

Figure 112019122965009-pat00012
Figure 112019122965009-pat00012

3. PCM 양자화 기반 태양 전지판 영역 추출3. PCM quantization based solar panel region extraction

태양 전지판 영역은 비슷한 명암도를 가지고 있다는 특징이 있다. 이러한 특징을 분석하여 원 영상에서 픽셀 값들이 유사한 명암도를 가진 픽셀들로 PCM 알고리즘을 적용하여 군집화 한다. 그리고 군집화 된 클러스터들에서 직선의 형태학적 특징이 포함된 클러스터 그룹을 탐색하여 태양 전지판 영역을 추출한다. PCM 알고리즘은 클러스터의 개수 설정에 민감하지 않게 하기 위해 전형성(typicality)을 사용하는 클러스터링 기법이다. PCM Clustering 기법은 다음과 같다. PCM 알고리즘에서는 각 포인트가 클러스터에 속하는 정도를 표현하기 위해 소속도가 아닌 전형성(typicality)를 사용한다. PCM의 목적 함수는 수식(3)과 같다.The solar panel area is characterized by similar shades. By analyzing these features, the pixels in the original image are clustered by applying the PCM algorithm to pixels with similar intensity. In addition, the solar panel area is extracted by searching for a cluster group containing linear morphological features from the clustered clusters. The PCM algorithm is a clustering technique that uses typographicality to make it insensitive to setting the number of clusters. The PCM clustering technique is as follows. In the PCM algorithm, to express the degree to which each point belongs to a cluster, a typographicality, not a membership degree, is used. The objective function of PCM is shown in Equation (3).

(수식 3)(Equation 3)

Figure 112019122965009-pat00013
Figure 112019122965009-pat00013

수식(3)에서 두 번째 항은 모든

Figure 112019122965009-pat00014
값이 0이 되는 경우에 목적 함수가 최소화되는 자명해(trivial solution)을 제거하기 위해 첨가된 항이다. 수식(3)에서 c는 클러스터의 개수를 의미한다. m은 전형도를 나타내는 상수로 1.5로 설정하며
Figure 112019122965009-pat00015
는 k 번째 데이터 포인트와 i번째 클러스터 중심 사이의 거리를 의미한다.
Figure 112019122965009-pat00016
는 k번째 데이터 포인트가 I번째 클러스터에 소속되는 전형도(Typicality)를 나타내며 수식(4)와 같이 정의된다.The second term in Equation (3) is all
Figure 112019122965009-pat00014
This term is added to remove the trivial solution that minimizes the objective function when the value becomes 0. In Equation (3), c means the number of clusters. m is a constant representing the typicality and is set to 1.5
Figure 112019122965009-pat00015
Denotes the distance between the k-th data point and the i-th cluster center.
Figure 112019122965009-pat00016
Represents the typicality in which the k-th data point belongs to the I-th cluster, and is defined as in Equation (4).

(수식 4)(Equation 4)

Figure 112019122965009-pat00017
Figure 112019122965009-pat00017

수식 (4)는 한 데이터 포인트와 하나의 클러스터 중심 사이의 거리만을 고려한다.

Figure 112019122965009-pat00018
는 각 클러스터에 속하는 값들의 무게 중심을 나타내는 값으로 일반적으로 수식(5)와 같이 계산한다.Equation (4) considers only the distance between one data point and one cluster center.
Figure 112019122965009-pat00018
Is a value representing the center of gravity of values belonging to each cluster, and is generally calculated as in Equation (5).

(수식 5)(Equation 5)

Figure 112019122965009-pat00019
Figure 112019122965009-pat00019

PCM Clustering 기법은 Sum-to-One 조건을 제거함으로써 민감성을 줄일 수 있다. 수식(3)은 수식(6)과 같이 서로 독립적인 c개 값들의 합으로 나타낼 수 있다.The PCM clustering technique can reduce the sensitivity by removing the Sum-to-One condition. Equation (3) can be expressed as a sum of c values that are independent of each other as in Equation (6).

(수식 6)(Equation 6)

Figure 112019122965009-pat00020
Figure 112019122965009-pat00020

수식 (4)에서 도출된 전형도 값(

Figure 112019122965009-pat00021
)이 이전에 학습된 값(
Figure 112019122965009-pat00022
)보다 작으면 재학습을 시도한다.The typicality value derived from Equation (4) (
Figure 112019122965009-pat00021
) Is the previously learned value (
Figure 112019122965009-pat00022
If it is less than ), try relearning.

PCM 알고리즘을 이용하여 군집화된 영상의 클러스터 중에서 허프 변환을 적용하여 태양 전지판의 형태학적 특징을 포함하는 클러스터 그룹을 탐색하고 탐색된 클러스터에 속하는 영역을 추출한다.Among the clusters of images clustered using the PCM algorithm, a cluster group including the morphological features of the solar panel is searched by applying Hough transform, and an area belonging to the searched cluster is extracted.

추출된 클러스터에 속하는 객체를 탐색하여 배경과 잡음을 제거한 후에 구조물이 흔들리는 변위를 측정하는 구조물 변위 측정한다.After removing background and noise by searching for objects belonging to the extracted cluster, structure displacement is measured to measure the displacement of the structure.

1 : 태양전지 집광판
10 : 태양전지 집광판의 지지구조
100 : H형강기초
110 : 베이스 플레이트
200 : 결합구
210 : 결합판
220 : 고정부
221 : 고정판
222 : 결합부재
223 : 결합슬롯
250(250a,250b,250c,250d,250e,250f) : 각도고정홀
300 : 회전축
400 : 회전판
450(450a,450b,450c) : 각도조절홀
500 : 지지바
600 : L형 결합부재
700 : C형강
800 : 각도고정수단
900 : 연결브라켓
910 : 연결판
920 : 연장지지부재
1: solar cell light collecting plate
10: Support structure of solar cell light collecting plate
100: H-beam base
110: base plate
200: coupling
210: bonding plate
220: fixed part
221: fixed plate
222: coupling member
223: coupling slot
250(250a,250b,250c,250d,250e,250f): Angle fixing hole
300: rotating shaft
400: rotating plate
450(450a,450b,450c): Angle adjustment hole
500: support bar
600: L-type coupling member
700: C-beam
800: angle fixing means
900: connection bracket
910: connecting plate
920: extension support member

Claims (9)

삭제delete 구조물을 촬영하되 배경영역과 구조물영역을 추출하여 관심 영역으로 설정하는 관심영역 추출단계와,
영상에서 픽셀 값들이 유사한 명암도를 가진 픽셀들로 PCM 알고리즘을 적용하여 군집화 하고, 군집화 된 클러스터들에서 추출한 라인의 형태학적 특징이 포함된 클러스터 그룹을 탐색하여 구조물 영역을 정확하게 추출하는 구조물 영역 추출단계과,
상기 구조물이 흔들리는 변위를 측정하는 구조물 변위 측정단계로 이루어지고;

상기 관심영역 추출단계는,
(a1) 태양 전지판을 제외한 배경영상은며 상대적으로 낮은 명암도를 가지고 있다는 특징을 이용하기 위해서 평균 이진화를 적용하는 단계와;
(a2) 평균 이진화가 적용된 영상에서 영상의 상단 부분에서 검은 픽셀에 대한 수평 히스토그램을 분석하는 단계와;
(a3) 태양 전지판의 하단 부분에서는 다시 명암도가 밝아 진다는 특징을 이용하기 위하여 히스토그램에서의 최대 값을 기준으로 히스토그램상 처음으로 나타나는 배경을 설정하는 단계와;
(a4) 배경과 태양 전지판 영역을 분리하기 위해서 회색조인 영상에서 최적의 임계치를 찾아내기 위해 히스토그램이 쌍봉의 형태를 가지는 특성을 이용하는 Otus’s 이진화 기법을 적용하는 단계와;
(a5) Otus’s 이진화 기법이 적용된 영상에서 영상 외곽에서 중앙으로 픽셀을 탐색하여 처음으로 만난 픽셀을 태양 전지판의 윤곽선으로 설정하는 단계와;
(a6) 태양 전지판의 윤곽선이 추출된 영상에서 영상의 X축 중앙을 기준으로 가장 가까운 픽셀이 탐색된 곳을 태양 전지판으로 설정하는 단계와;
(a7) 태양 전지판의 하단에 존재하는 배경 영역의 윤곽선을 추출하기 위하여 Canny Edge Detection을 원 영상에 적용하여 영상의 윤곽선을 추출하는 단계와;
(a8) 윤곽선이 추출된 영상에서 태양 전지판 영역을 기준으로 하단에 위치하는 윤곽선들 중에서 원 영상에서 가장 밝은 부분을 배경 영역으로 설정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 집광판 지지장치 변위 판단방법.
The region of interest extraction step of photographing the structure, extracting the background region and the structure region, and setting the region of interest,
A structure region extraction step of accurately extracting the structure region by searching for a cluster group including the morphological features of the line extracted from the clustered clusters and clustering pixels with similar intensity and intensity by applying the PCM algorithm;
Consisting of a structure displacement measuring step of measuring the displacement of the structure shaking;

The step of extracting the region of interest,
(a1) applying average binarization to take advantage of the feature that it is a background image excluding a solar panel and has a relatively low contrast;
(a2) analyzing a horizontal histogram of black pixels in an upper portion of the image in the image to which the average binarization is applied;
(a3) setting a background first appearing on the histogram based on the maximum value in the histogram in order to take advantage of the feature that the brightness and darkness become brighter again at the lower part of the solar panel;
(a4) applying Otus's binarization technique, which uses the characteristic of the histogram to have a bimodal shape to find an optimal threshold in a grayscale image to separate the background and the solar panel region;
(a5) searching for a pixel from the outer to the center of the image to which Otus's binarization is applied, and setting the first pixel encountered as an outline of the solar panel;
(a6) setting, as a solar panel, a location where the nearest pixel is searched based on the center of the X axis of the image in the image from which the outline of the solar panel is extracted;
(a7) extracting the outline of the image by applying Canny Edge Detection to the original image in order to extract the outline of the background area existing at the bottom of the solar panel;
(a8) Determination of displacement of a solar cell concentrator support device, characterized in that it comprises the step of setting the brightest part of the original image as a background area among the outlines located at the bottom of the solar panel area in the extracted image. Way.
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