KR102431935B1 - Artificial Intelligence based Solar Module Diagnosis Method and System using Thermal Images Taken by Drone - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광 모듈 관리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전소에서 드론으로 촬영한 태양광 모듈의 열화상으로 고장/열화를 분석하고, 출력을 예측하여 등급을 판정하기 위한 태양광 모듈 진단 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic module management technology, and more particularly, a photovoltaic module for analyzing failure/deterioration with a thermal image of a photovoltaic module taken by a drone at a photovoltaic power plant, predicting output, and judging a grade It relates to a diagnostic method and system.
태양광 발전소의 태양광 모듈은 25년 이상 운영되는 안정적인 제품이다. 그러나, 작업자의 잘못된 설치, 초기 불량, 자연재해, 소홀한 관리 등에 의해 태양광 모듈의 고장/열화가 발생할 수 있다. 태양광 모듈의 고장/열화는 도 1에 나타난 바와 같이 아주 다양한 양상으로 나타난다.The solar module of the solar power plant is a stable product that has been operated for more than 25 years. However, failure/deterioration of the solar module may occur due to incorrect installation of the operator, initial failure, natural disaster, negligent management, and the like. The failure/deterioration of the solar module appears in a variety of ways as shown in FIG. 1 .
태양광 모듈의 상태 파악을 위해서 열화상 카메라로 태양광 모듈을 촬영하여, 고장/열화 진단이 가능하다. 하지만, 전문가에 의해 수작업으로 진단을 해야 한다는 점, 그렇게 한다 하더라도 많은 시간과 노력이 소요된다는 점 등의 문제가 있다.In order to understand the state of the photovoltaic module, it is possible to diagnose the failure/deterioration by photographing the photovoltaic module with a thermal imaging camera. However, there are problems such as the fact that the diagnosis has to be manually performed by an expert, and that it takes a lot of time and effort even if it is done.
또한, 전문가에 의한다 하더라도, 주관적인 진단으로부터 완전히 자유로울 수 없다. 즉, 전문가가 누구인지에 따라 진단 결과가 각기 달라, 객관성을 담보할 수 없다는 문제도 있다.In addition, even by an expert, it cannot be completely free from subjective diagnosis. In other words, there is a problem that the diagnosis results are different depending on who the expert is, so objectivity cannot be guaranteed.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 드론으로 촬영한 태양광 모듈들의 열화상을 이용하여 인공지능 기반으로 고장/열화를 분석하고, 출력을 예측하며 등급을 판정하는 태양광 모듈 진단 방법 및 시스템을 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to analyze failure/deterioration based on artificial intelligence using thermal images of solar modules photographed by a drone, predict output, and grade To provide a solar module diagnostic method and system for determining
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 태양광 모듈 진단 방법은, 태양광 모듈들의 열화상을 획득하는 단계; 획득 단계에서 획득된 열화상을 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 분석하는 분석단계;를 포함하고, 인공지능 모델은, 열화상을 입력으로 하고, 태양광 모듈들의 고장과 열화 영역 및 모드를 출력으로 하여 학습된 인공지능 모델이다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a method for diagnosing a solar module includes: acquiring thermal images of the solar modules; An analysis step of inputting the thermal image obtained in the acquisition step into the artificial intelligence model to analyze the failure and deterioration of the solar modules, and the artificial intelligence model takes the thermal image as an input, It is an artificial intelligence model trained with the deterioration region and mode as output.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 진단 방법은, 획득 단계에서 획득된 열화상과 분석단계에서의 분석 결과를 이용하여, 태양광 모듈들의 출력을 예측하는 단계; 예측 단계에서 예측된 출력을 기초로, 태양광 모듈들 각각에 대한 등급을 판정하는 단계; 및 분석단계에서의 분석 결과, 예측 단계에서의 예측 결과 및 판정 단계에서의 판정 결과를 시각화 하여 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다.A method for diagnosing a solar module according to an embodiment of the present invention includes: predicting the output of the solar modules by using the thermal image acquired in the acquisition step and the analysis result in the analysis step; determining a rating for each of the solar modules based on the output predicted in the predicting step; and visualizing and outputting the analysis result in the analysis step, the prediction result in the prediction step, and the determination result in the determination step;
인공지능 모델은, GAN(Generative Adversarial Network)이고, GAN-AD(GANs for Anomaly Detection)이 적용될 수 있다.The artificial intelligence model is a Generative Adversarial Network (GAN), and GANs for Anomaly Detection (GAN-AD) may be applied.
분석 단계는, 획득 단계에서 획득된 열화상을 제1 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 분석하는 제1 분석단계; 제1 분석단계에서의 분석 결과를 기초로, 획득 단계에서 획득된 열화상을 화상 처리하여 변환하는 단계; 변환 단계에서 변환된 열화상을 제2 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 분석하는 제2 분석단계;를 포함할 수 있다.The analysis step may include: a first analysis step of inputting the thermal image obtained in the acquisition step into the first artificial intelligence model, and analyzing the failure and deterioration of the solar modules; converting the thermal image acquired in the acquisition step by image processing based on the analysis result in the first analysis step; a second analysis step of inputting the thermal image converted in the conversion step into the second artificial intelligence model, and analyzing the failure and deterioration of the solar modules.
변환 단계는, 고장과 열화 영역을 강조하기 위한 화상 처리를 수행할 수 있다.The conversion step may perform image processing for emphasizing faulty and deteriorated areas.
고장과 열화 모드는, 핫스팟, BDF(Bypass Diode Failure), 음영, 오염, PID(Potential Induced Degradation), 단락 및 단선 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The failure and degradation modes may include at least one of hot spots, bypass diode failure (BDF), shading, contamination, potential induced degradation (PID), short circuit, and disconnection.
변환 단계는, 제1 분석단계에서 고장과 열화 모드가 핫스팟, PID 또는 단락으로 분석된 고장과 열화 영역에 대해서는 점 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리를 수행하고, 제1 분석단계에서 고장과 열화 모드가 BDF로 분석된 고장과 열화 영역에 대해서는 막대 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리를 수행하며, 제1 분석단계에서 고장과 열화 모드가 단선으로 분석된 고장과 열화 영역에 대해서는 면 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리를 수행하고, 제1 분석단계에서 고장과 열화 모드가 음영 또는 오염으로 분석된 고장과 열화 영역에 대해서는 불규칙적인 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리를 수행할 수 있다.In the conversion step, image processing is performed to detect and emphasize the point shape for the failure and degradation areas analyzed as hotspots, PIDs or shorts in the failure and degradation modes in the first analysis step, and failure and degradation in the first analysis step Image processing is performed to detect and emphasize the bar shape for the failure and deterioration area analyzed by BDF mode, and the plane shape is detected for the failure and deterioration area analyzed as a single line in the failure and deterioration mode in the first analysis step. to perform image processing for emphasis, and image processing for emphasizing by detecting irregular shapes for the failure and deterioration regions analyzed as shading or contamination in the first analysis step may be performed.
변환 단계는, 고장과 열화가 나타난 영역을 스무딩하기 위한 화상 처리를 더 수행할 수 있다.The conversion step may further perform image processing for smoothing the area in which the failure and deterioration appear.
분석 단계는, 제1 분석단계에서의 분석 결과와 제2 분석단계에서의 분석 결과를 취합하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 분석하는 제3 분석단계;를 더 포함할 수 있다.The analysis step may further include a third analysis step of collecting the analysis results in the first analysis step and the analysis results in the second analysis step, and analyzing the failure and deterioration of the solar modules.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 태양광 모듈 진단 시스템은, 태양광 모듈들의 열화상을 획득하는 획득부; 획득부에서 획득된 열화상을 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 분석하는 분석부;를 포함하고, 인공지능 모델은, 열화상을 입력으로 하고, 태양광 모듈들의 고장과 열화 영역 및 모드를 출력으로 하여 학습된 인공지능 모델이다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention, a solar module diagnostic system, the acquisition unit for acquiring thermal images of the solar modules; and an analysis unit that inputs the thermal image obtained from the acquisition unit into the artificial intelligence model and analyzes the failure and deterioration of the solar modules, wherein the artificial intelligence model receives the thermal image as an input, and It is an artificial intelligence model trained with the deterioration region and mode as output.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 드론으로 촬영한 태양광 모듈들의 열화상을 이용하여 인공지능 기반으로 고장/열화를 분석하고, 출력을 예측하며 등급을 판정함으로써, 전문가 없이 객관적이면서도 빠르고 간편하게 태양광 모듈을 진단할 수 있게 된다.As described above, according to embodiments of the present invention, by analyzing failure/deterioration based on artificial intelligence using thermal images of photovoltaic modules photographed by a drone, predicting output, and judging a grade, objectively without an expert At the same time, it is possible to diagnose the solar module quickly and easily.
도 1은 고장/열화된 태양광 모듈들을 예시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 진단 시스템의 개념 설명에 제공되는 도면,
도 3은, 도 2에 도시된 태양광 모듈 진단 시스템의 블럭도,
도 4는, 도 3에 도시된 태양광 모듈 진단 플랫폼(200)의 상세 블럭도,
도 5는 고장/열화 모드의 설명에 제공되는 도면,
도 6은 진단 결과로 출력되는 시각 정보들을 예시한 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈 진단 플랫폼의 블럭도, 그리고,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 모듈 진단 플랫폼의 블럭도이다.1 is a diagram illustrating faulty/degraded solar modules;
2 is a view provided for conceptual explanation of a solar module diagnostic system according to an embodiment of the present invention;
3 is a block diagram of the solar module diagnostic system shown in FIG. 2;
4 is a detailed block diagram of the solar module
5 is a diagram provided for explanation of failure/degradation mode;
6 is a diagram illustrating visual information output as a diagnosis result;
7 is a block diagram of a solar module diagnostic platform according to another embodiment of the present invention, and
8 is a block diagram of a solar module diagnostic platform according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 진단 시스템의 개념 설명에 제공되는 도면이다.2 is a diagram provided to explain the concept of a solar module diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈 진단 시스템은, 도시된 바와 같이, 드론(100)으로 태양광 모듈들의 열화상을 촬영하면, 태양광 모듈 진단 플랫폼(200)이 촬영된 열화상을 분석하여 태양광 모듈을 진단하고, 태양광 발전소 관리자 단말(300)을 통해 진단 결과가 제공되도록 구축된 시스템이다.In the solar module diagnostic system according to an embodiment of the present invention, as shown, when thermal images of solar modules are taken with the
도 3은, 도 2에 도시된 태양광 모듈 진단 시스템의 블럭도이다. 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈 진단 시스템은, 도시된 바와 같이, 드론(100), 태양광 모듈 진단 플랫폼(200) 및 태양광 발전소 관리자 단말(300)을 포함하여 구성된다.FIG. 3 is a block diagram of the solar module diagnostic system shown in FIG. 2 . The solar module diagnosis system according to an embodiment of the present invention, as shown, is configured to include a
드론(100)은 태양광 발전소 상공을 스캔하듯 촬영하여, 태양광 모듈들의 열화상을 생성한다. 드론(100)에 의해 촬영된 열화상은 태양광 모듈 진단 플랫폼(200)으로 전송된다.The
태양광 모듈 진단 플랫폼(200)은 드론(100)으로부터 수신한 열화상을 이용하여 인공지능 기반으로 태양광 모듈들의 고장/열화를 분석하고, 이를 기초로 출력을 예측하여 등급을 판정한다.The solar
태양광 발전소 관리자 단말(300)는 태양광 발전소 관리자가 보유/휴대하고 있는 단말로, 태양광 모듈 진단 플랫폼(200)에서의 진단 결과를 수신하여 표시한다. 이를 통해, 태양광 발전소 관리자는 태양광 모듈들의 상태를 파악하고, A/S와 예방 정비 계획을 수립할 수 있게 된다.The photovoltaic power
이하에서는, 태양광 모듈 진단 플랫폼(200)의 상세 구조 및 동작에 대해 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 도 4는, 도 3에 도시된 태양광 모듈 진단 플랫폼(200)의 상세 블럭도이다.Hereinafter, the detailed structure and operation of the solar module
태양광 모듈 진단 플랫폼(200)는, 도시된 바와 같이, 열화상 획득부(210), 고장/열화 분석부(220), 모듈 출력 예측부(230) 및 모듈 등급 판정부(240) 및 진단 결과 출력부(250), 진단 결과 저장부(260) 및 진단 결과 분석부(270)를 포함하여 구성된다.The solar
열화상 획득부(210)는 드론(100)에 의해 촬영된 태양광 모듈들의 열화상을 수신하여 획득하고, 획득한 열화상을 고장/열화 분석부(220)와 모듈 출력 예측부(230)로 입력한다.The thermal
고장/열화 분석부(220)는 열화상 획득부(210)에 의해 입력되는 열화상을 고장/열화 분석을 위한 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 파악한다.The failure/
고장/열화 분석부(220)에 구비된 인공지능 모델은 태양광 모듈들의 열화상을 입력으로 하고, 태양광 모듈들의 고장/열화 영역과 모드를 출력으로 하여 학습된 인공지능 모델이다.The artificial intelligence model provided in the failure/
고장/열화 모드는 도 5에 도시된 바와 같이 7가지로 분류할 수 있다.The failure/degradation mode can be classified into seven types as shown in FIG. 5 .
1) 핫스팟(Hot-spot)1) Hot-spot
셀 크랙, Snail trail, 모듈에서 셀의 점 또는 다수의 점들로 나타남Cell cracks, snail trails, appearing as dots or multiple dots in a cell in a module
2) BDF(Bypass Diode Failure : 바이패스다이오드 고장)2) BDF (Bypass Diode Failure)
바이패스 다이오드 고장에 의한 모듈 서브스트링으로 나타나며, 균일한 고온, 막대(직사각형) 모양의 모듈의 1/3, 2/3 균일한 밝기Appears as module substring due to bypass diode failure, uniform high temperature, 1/3, 2/3 uniform brightness of rod (rectangular)-shaped module
3) 음영(Shading)3) Shading
전신주, 잡초, 낙엽, 눈 등에 의한 음영 모양으로 불규칙한 모양으로 나타남Appears in irregular shape with shadows caused by telephone poles, weeds, fallen leaves, snow, etc.
4) 오염 (Contamination)4) Contamination
먼지흡착, water scale, 새 배설물, 곤충사체 등에 의한 표면 오염으로 불규칙한 모양으로 나타남Appears in irregular shape due to surface contamination by dust adsorption, water scale, bird droppings, insect carcass, etc.
5) PID(Potential Induced Degradation)5) PID (Potential Induced Degradation)
스트링 (-) 지역의 hot-spot 모듈 수의 점진적인 증가, 다수의 연결된 모듈의 다수의 점들로 나타남A gradual increase in the number of hot-spot modules in the string (-) region, represented by multiple dots of multiple connected modules.
6) 단락 (Short circuit)6) Short circuit
스트링의 불균일한 고온, 다수의 연결된 모듈의 다수의 점들로 나타남Non-uniform high temperature of the string, represented by multiple dots on multiple connected modules
7) 단선 (Disconnection)7) Disconnection
스트링의 균일한 고온, 다수의 연결된 모듈의 균일한 밝기로 나타남A uniform high temperature of the string, manifested by the uniform brightness of a number of connected modules
인공지능 모델은 고장/열화 영역을 탐지하는데 가장 적합한 모델인 GAN(Generative Adversarial Network)로 구현하고, GAN-AD(GANs for Anomaly Detection)를 적용할 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것으로, 다른 방식으로 구현하는 것을 배제하지 않는다.The AI model can be implemented as a Generative Adversarial Network (GAN), which is the most suitable model for detecting failure/deterioration areas, and GAN-AD (GANs for Anomaly Detection) can be applied. However, this is exemplary and does not exclude implementation in other ways.
이에 따라, 고장/열화 분석부(220)는 열화상이 입력되면, 태양광 모듈들의 고장/열화 영역과 모드를 출력하므로, 태양광 모듈 별로 고장/열화 여부 및 모드를 분석할 수 있게 된다.Accordingly, when the thermal image is input, the failure/
모듈 출력 예측부(230)는 다음의 데이터를 이용하여 태양광 모듈들의 출력을 예측한다. The module
1) 열화상 획득부(210)로부터 입력되는 태양광 모듈들의 열화상1) Thermal images of solar modules input from the thermal
2) 고장/열화 분석부(220)에 의한 분석 결과2) Analysis result by the failure/
3) 드론(100)에 의한 열화상 촬영 당시의 기상/환경 데이터3) Weather/environment data at the time of thermal imaging by
4) 태양광 모듈의 규격/사양 데이터4) Photovoltaic module specification/specification data
모듈 출력 예측부(230)는 위 데이터를 입력으로 하고 태양광 모듈들의 예상 출력을 출력으로 하여 학습된 인공지능 모델로 구현할 수 있고, Decision Engine을 이용한 알고리즘으로 구현할 수도 있다.The module
모듈 등급 판정부(240)는 모듈 출력 예측부(230)에 의해 예측된 출력을 기초로, 태양광 모듈들 각각에 대한 등급을 판정한다.The module
모듈 등급 판정부(240)는 모듈 출력 예측부(230)의 예측 결과를 입력으로 하고 태양광 모듈들의 등급을 출력으로 하여 학습된 인공지능 모델로 구현할 수 있고, Decision Engine을 이용한 알고리즘으로 구현할 수도 있다.The module
진단 결과 출력부(250)는 고장/열화 분석부(220)의 분석 결과, 모듈 출력 예측부(230)의 예측 결과 및 모듈 등급 판정부(240)의 판정 결과를 시각화 하여 출력한다.The diagnosis
구체적으로, 진단 결과 출력부(250)는 태양광 모듈들의 배치 상태가 나타난 태양광 발전소 맵에 해당 정보들을 표시한다. 도 6에는 진단 결과 출력부(250)에 의해 출력되는 정보를 예시하였다.Specifically, the diagnosis
구체적으로, 도 6의 상부에는 태양광 모듈의 고장/열화 여부 및 모드에 대한 정보가 모듈 단위로 표시된 정보, 도 6의 중앙에는 태양광 모듈들 각각에 대해 예상되는 출력에 대한 정보, 도 6의 하부에는 태양광 모듈들 각각에 대해 판정된 등급에 대한 정보가 시각화된 결과를 나타내었다.Specifically, in the upper part of FIG. 6, information on the failure/deterioration status and mode of the solar module is displayed in module unit, and in the center of FIG. 6, information on the expected output for each of the solar modules, in FIG. In the lower part, information about the grade determined for each of the solar modules is shown as a visualization result.
진단 결과 출력부(250)는 도 6에 도시된 시각화된 정보를 태양광 발전소 관리자 단말(300)로 전송한다.The diagnosis
진단 결과 저장부(260)는 고장/열화 분석부(220)의 분석 결과, 모듈 출력 예측부(230)의 예측 결과 및 모듈 등급 판정부(240)의 판정 결과를 열화상 획득부(210)로부터 입력되는 열화상과 함께 저장한다.The diagnosis
진단 결과 분석부(270)는 진단 결과 저장부(260)에 저장된 데이터를 분석하여, 태양광 모듈들의 예방정비와 A/S를 관리한다.The diagnosis
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈 진단 플랫폼의 블럭도이다. 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈 진단 플랫폼(200)는, 도시된 바와 같이, 열화상 획득부(210), 고장/열화 분석부-1(221), 화상 처리부(222), 고장/열화 분석부-2(223), 모듈 출력 예측부(230) 및 모듈 등급 판정부(240) 및 진단 결과 출력부(250), 진단 결과 저장부(260) 및 진단 결과 분석부(270)를 포함하여 구성된다.7 is a block diagram of a solar module diagnostic platform according to another embodiment of the present invention. The solar
도 7에 도시된 태양광 모듈 진단 플랫폼은, 도 4에 도시된 태양광 모듈 진단 플랫폼의 '고장/열화 분석부(220)'를 '고장/열화 분석부-1(221), 화상 처리부(222) 및 고장/열화 분석부-2(223)'로 대체한 것이다.The solar module diagnosis platform shown in FIG. 7 includes the 'failure/deterioration analysis unit 220' of the solar module diagnosis platform shown in FIG. ) and failure/deterioration analysis unit-2(223)'.
따라서, 도 7에서 '고장/열화 분석부-1(221), 화상 처리부(222) 및 고장/열화 분석부-2(223)'를 제외한 나머지 구성은 도 4에 대한 설명으로부터 유추가능한 바, 이하에서는 '고장/열화 분석부-1(221), 화상 처리부(222) 및 고장/열화 분석부-2(223)'에 대해서만 설명하고 나머지 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Accordingly, in FIG. 7 , the rest of the configurations except for the 'failure/deterioration analysis unit-1 (221), the
고장/열화 분석부-1(221)는 열화상 획득부(210)에 의해 입력되는 열화상을 고장/열화 분석을 위한 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 파악한다.The failure/deterioration analysis unit-1 221 inputs the thermal image input by the thermal
고장/열화 분석부-1(221)에 구비된 인공지능 모델은 태양광 모듈들의 열화상을 입력으로 하고, 태양광 모듈들의 고장/열화 영역과 모드를 출력으로 하여 학습된 인공지능 모델이다. 고장/열화 모드는 7가지로 분류됨은 전술한 바와 같다.The artificial intelligence model provided in the failure/degradation analysis unit-1 (221) is an artificial intelligence model learned by taking thermal images of solar modules as input and outputting failure/deterioration areas and modes of the solar modules. The failure/deterioration mode is classified into seven types as described above.
화상 처리부(222)는 열화상 획득부(210)에 의해 입력되는 열화상을 화상 처리하여 변환하고, 변환된 열화상을 고장/열화 분석부-2(223)로 전달한다. 수행되는 화상 처리는 고장/열화 분석부-1(221)에 의한 분석결과에 따라 상이하다. 구체적으로,The
1) 고장/열화 분석부-1(221)에 의해 고장 모드가 핫스팟, PID, 단락으로 분석된 태양광 모듈에 대해서는 점 형상을 검출하여 강조(강화)하기 위한 화상 처리가 수행되고,1) For the photovoltaic module whose failure mode is analyzed as hotspot, PID, and short by the failure/degradation analysis unit-1 (221), image processing for detecting and emphasizing (reinforcing) the point shape is performed,
2) 고장/열화 분석부-1(221)에 의해 고장 모드가 BDF로 분석된 태양광 모듈에 대해서는 막대 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리가 수행되며,2) For the photovoltaic module whose failure mode is analyzed as BDF by the failure/degradation analysis unit-1 (221), image processing is performed to detect and emphasize the bar shape,
3) 고장/열화 분석부-1(221)에 의해 고장 모드가 단선으로 분석된 태양광 모듈에 대해서는 면 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리가 수행되고,3) For the solar module whose failure mode is analyzed as disconnection by the failure/degradation analysis unit-1 (221), image processing is performed to detect and emphasize the shape of the surface,
4) 고장/열화 분석부-1(221)에 의해 고장 모드가 음영, 오염으로 분석된 태양광 모듈에 대해서는 불규칙적인 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리가 수행된다.4) Image processing for detecting and emphasizing irregular shapes is performed on the photovoltaic module whose failure mode is analyzed as shadow and pollution by the failure/degradation analysis unit-1 (221).
고장/열화 분석부-2(223)는 화상 처리부(222)에 의해 변환된 열화상을 고장/열화 분석을 위한 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 파악한다.The failure/deterioration analysis unit-2 223 inputs the thermal image converted by the
고장/열화 분석부-2(222)에 구비된 인공지능 모델은 열화상 처리로 변환된 열화상을 입력으로 하고, 태양광 모듈들의 고장/열화 영역과 모드를 출력으로 하여 학습된 인공지능 모델이다. 고장/열화 모드는 7가지로 분류된다.The artificial intelligence model provided in the failure/degradation analysis unit-2 (222) is an artificial intelligence model learned by inputting the thermal image converted by thermal image processing and outputting the failure/deterioration region and mode of the solar modules as an output. . Failure/deterioration modes are classified into 7 categories.
고장/열화 분석부-2(223)는 고장/열화 분석부-1(221)과 동일한 구조의 인공지능 모델을 활용할 수 있지만, 학습시 입력되는 영상이 다르다(원본 열화상 vs 화상 처리로 변환된 열화상)는 점에서, 인공지능 모델의 파라미터는 다르게 세팅된다.The failure/degradation analysis unit-2 (223) can utilize an artificial intelligence model having the same structure as the failure/degradation analysis unit-1 (221), but the input image is different during learning (original thermal image vs. image processing converted to thermal image), the parameters of the AI model are set differently.
고장/열화 분석부-2(223)에서 출력되는 태양광 모듈들의 고장/열화 영역과 모드가 태양광 모듈들의 고장과 열화에 대한 최종 분석 결과로써, 모듈 출력 예측부(230)로 출력된다.The failure/deterioration region and mode of the photovoltaic modules output from the failure/deterioration analysis unit-2 223 are output to the module
위 실시예에서, 화상 처리부(222)는 점 형상, 막대 형상, 면 형상 및 불규칙적인 형상을 검출하여 강조하는 화상 처리를 수행하는 것을 상정하였는데, 변형이 가능하다. 이를 테면, In the above embodiment, it is assumed that the
1) 고장/열화 분석부-1(221)에 의해 고장 모드가 핫스팟, PID, 단락으로 분석된 태양광 모듈에 대해서는 점 형상을 검출하여, 강조(강화)하는 화상 처리 외에 스무딩(약화)시키기 위한 화상 처리가 더 수행되고,1) For the photovoltaic module whose failure mode is analyzed as hotspot, PID, or short by the failure/degradation analysis unit-1 (221), for smoothing (weakening) in addition to image processing that detects and emphasizes (enhanced) the dot shape image processing is further performed,
2) 고장/열화 분석부-1(221)에 의해 고장 모드가 BDF로 분석된 태양광 모듈에 대해서는 막대 형상을 검출하여, 강조하는 화상 처리 외에 스무딩시키기 위한 화상 처리가 더 수행되며,2) For the photovoltaic module whose failure mode is analyzed as BDF by the failure/degradation analysis unit-1 (221), image processing for smoothing is further performed in addition to image processing to detect and emphasize the rod shape,
3) 고장/열화 분석부-1(221)에 의해 고장 모드가 단선으로 분석된 태양광 모듈에 대해서는 면 형상을 검출하여, 강조하는 화상 처리 외에 스무딩시키기 위한 화상 처리가 더 수행되고,3) For the photovoltaic module whose failure mode is analyzed as disconnection by the failure/degradation analysis unit-1 (221), image processing for smoothing is further performed in addition to image processing to detect and emphasize the surface shape,
4) 고장/열화 분석부-1(221)에 의해 고장 모드가 음영, 오염으로 분석된 태양광 모듈에 대해서는 불규칙적인 형상을 검출하여, 강조하는 화상 처리 외에 스무딩시키기 위한 화상 처리가 더 수행되는 것이다.4) An irregular shape is detected for the solar module whose failure mode is analyzed as shading and contamination by the failure/degradation analysis unit-1 (221), and image processing for smoothing is further performed in addition to image processing to emphasize .
이 경우, 화상 처리부(222)에서는 해당 형상이 강조된 열화상 외에 해당 형상이 스무딩된 열화상이 더 생성되며, 고장/열화 분석부-2(222)는 2가지 열화상 모두를 이용하여 태양광 모듈들의 고장/열화 영역과 모드를 분석한다.In this case, the
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 모듈 진단 플랫폼의 블럭도이다. 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈 진단 플랫폼(200)는, 도시된 바와 같이, 열화상 획득부(210), 고장/열화 분석부-1(221), 화상 처리부(222), 고장/열화 분석부-2(223), 고장/열화 분석부-3(224), 모듈 출력 예측부(230) 및 모듈 등급 판정부(240) 및 진단 결과 출력부(250), 진단 결과 저장부(260) 및 진단 결과 분석부(270)를 포함하여 구성된다.8 is a block diagram of a solar module diagnostic platform according to another embodiment of the present invention. The solar
도 8에 도시된 태양광 모듈 진단 플랫폼은, 도 7에 도시된 태양광 모듈 진단 플랫폼에서 고장/열화 분석부-3(224)가 추가된 것이다.The solar module diagnostic platform illustrated in FIG. 8 is a failure/deterioration analysis unit-3 224 added to the solar module diagnostic platform illustrated in FIG. 7 .
고장/열화 분석부-3(224)는 고장/열화 분석부-1(221)에서의 고장/열화 분석 결과와 고장/열화 분석부-2(223)에서의 고장/열화 분석 결과를 취합하여, 태양광 모듈들의 고장/열화 영역과 모드를 최종적으로 분석하고, 그 결과를 모듈 출력 예측부(230)로 출력한다.The failure/deterioration analysis unit-3 (224) collects the failure/deterioration analysis result in the failure/degradation analysis unit-1 (221) and the failure/deterioration analysis result in the failure/deterioration analysis unit-2 (223), The failure/deterioration region and mode of the solar modules are finally analyzed, and the result is output to the module
이전 실시예에서는, 고장/열화 분석부-2(223)에서의 고장/열화 분석 결과를 최종 결과로 모듈 출력 예측부(230)로 출력하였다는 점에서 차이가 있다.In the previous embodiment, there is a difference in that the failure/deterioration analysis result of the failure/degradation analysis unit-2 223 is output to the module
고장/열화 분석부-3(224)는 앞선 고장/열화 분석부들(221,223)의 고장/열화 분석 결과들을 입력으로 하고, 태양광 모듈들의 고장/열화 영역과 모드를 출력으로 하여 학습된 인공지능 모델로 구현할 수 있고, Decision Engine을 이용한 알고리즘으로 구현할 수도 있다.The failure/deterioration analysis unit-3 (224) receives the failure/deterioration analysis results of the previous failure/degradation analysis units (221 and 223) as input, and an artificial intelligence model learned by outputting the failure/deterioration region and mode of the solar modules. It can be implemented as an algorithm using Decision Engine.
지금까지, 드론으로 촬영한 열화상을 이용한 인공지능 기반의 태양광 모듈 진단 방법 및 시스템에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.So far, a preferred embodiment has been described in detail for a method and system for diagnosing an artificial intelligence-based solar module using a thermal image taken by a drone.
위 실시예에서, 고장/열화 분석부들(220,221,223)은 태영광 모듈들의 열화상을 입력으로 하여, 태양광 모듈들의 고장/열화 영역과 모드를 분석하였는데, 입력 데이터를 추가할 수 있다. 이를 테면, 드론(100)에 의한 열화상 촬영 당시의 기상/환경 데이터 및/또는 태양광 모듈의 규격/사양 데이터를 입력에 추가할 수도 있다.In the above embodiment, the failure/
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.On the other hand, it goes without saying that the technical idea of the present invention can also be applied to a computer-readable recording medium containing a computer program for performing the functions of the apparatus and method according to the present embodiment. In addition, the technical ideas according to various embodiments of the present invention may be implemented in the form of computer-readable codes recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may be any data storage device readable by the computer and capable of storing data. For example, the computer-readable recording medium may be a ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, hard disk drive, or the like. In addition, the computer-readable code or program stored in the computer-readable recording medium may be transmitted through a network connected between computers.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims In addition, various modifications may be made by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.
100 : 드론
200 : 태양광 모듈 진단 플랫폼
210 : 열화상 획득부
220 : 고장/열화 분석부
230 : 모듈 출력 예측부
240 : 모듈 등급 판정부
250 : 진단 결과 출력부
260 : 진단 결과 저장부
270 : 진단 결과 분석부
300 : 태양광 발전소 관리자 단말100 : drone
200: solar module diagnostic platform
210: thermal image acquisition unit
220: failure/deterioration analysis unit
230: module output prediction unit
240: module grade determination unit
250: diagnostic result output unit
260: diagnosis result storage unit
270: diagnostic result analysis unit
300: solar power plant manager terminal
Claims (10)
획득 단계에서 획득된 열화상을 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 분석하는 분석단계;를 포함하고,
인공지능 모델은,
열화상을 입력으로 하고, 태양광 모듈들의 고장과 열화 영역 및 모드를 출력으로 하여 학습된 인공지능 모델이며,
분석단계는,
획득 단계에서 획득된 열화상을 제1 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 분석하는 제1 분석단계; 및
제1 분석단계에서의 분석 결과를 기초로, 획득 단계에서 획득된 열화상을 화상 처리하여 변환하는 단계;
변환 단계에서 변환된 열화상을 제2 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 분석하는 제2 분석단계;를 포함하고,
변환 단계는,
고장과 열화 영역을 강조하기 위한 화상 처리를 수행하며,
고장과 열화 모드는,
핫스팟, BDF(Bypass Diode Failure), 음영, 오염, PID(Potential Induced Degradation), 단락 및 단선 중 적어도 하나를 포함하고,
변환 단계는,
제1 분석단계에서 고장과 열화 모드가 핫스팟, PID 또는 단락으로 분석된 고장과 열화 영역에 대해서는 점 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리를 수행하고,
제1 분석단계에서 고장과 열화 모드가 BDF로 분석된 고장과 열화 영역에 대해서는 막대 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리를 수행하며,
제1 분석단계에서 고장과 열화 모드가 단선으로 분석된 고장과 열화 영역에 대해서는 면 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리를 수행하고,
제1 분석단계에서 고장과 열화 모드가 음영 또는 오염으로 분석된 고장과 열화 영역에 대해서는 불규칙적인 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 진단 방법.
obtaining thermal images of solar modules;
An analysis step of analyzing the failure and deterioration of solar modules by inputting the thermal image acquired in the acquisition step into the artificial intelligence model;
artificial intelligence model,
It is an artificial intelligence model learned by taking thermal images as input and outputting the areas and modes of failure and deterioration of solar modules.
The analysis stage is
a first analysis step of inputting the thermal image obtained in the acquisition step into the first artificial intelligence model, and analyzing the failure and deterioration of the solar modules; and
converting the thermal image acquired in the acquisition step by image processing based on the analysis result in the first analysis step;
a second analysis step of inputting the thermal image converted in the conversion step into the second artificial intelligence model, and analyzing the failure and deterioration of the solar modules;
The conversion step is
Perform image processing to highlight areas of failure and deterioration;
Failure and deterioration modes are
including at least one of hotspots, Bypass Diode Failure (BDF), shading, contamination, Potential Induced Degradation (PID), short circuit, and open circuit;
The conversion step is
In the first analysis step, image processing is performed to detect and emphasize the point shape for the failure and deterioration areas analyzed as hotspots, PIDs, or short circuits in failure and deterioration modes;
In the first analysis step, image processing is performed to detect and emphasize the bar shape for the failure and deterioration areas analyzed by BDF in the failure and deterioration modes,
In the first analysis step, image processing is performed to detect and emphasize the shape of the failure and deterioration areas analyzed as disconnection in the failure and deterioration modes;
A method for diagnosing a photovoltaic module, characterized in that in the first analysis step, image processing for detecting and emphasizing irregular shapes is performed on the failure and deterioration areas analyzed as shading or contamination in the failure and deterioration modes.
획득 단계에서 획득된 열화상과 분석단계에서의 분석 결과를 이용하여, 태양광 모듈들의 출력을 예측하는 단계;
예측 단계에서 예측된 출력을 기초로, 태양광 모듈들 각각에 대한 등급을 판정하는 단계; 및
분석단계에서의 분석 결과, 예측 단계에서의 예측 결과 및 판정 단계에서의 판정 결과를 시각화 하여 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 진단 방법.
The method according to claim 1,
predicting the output of the solar modules by using the thermal image acquired in the acquisition step and the analysis result in the analysis step;
determining a rating for each of the solar modules based on the output predicted in the predicting step; and
Visualizing and outputting the analysis result in the analysis step, the prediction result in the prediction step, and the determination result in the determination step; Solar module diagnosis method further comprising a.
인공지능 모델은,
GAN(Generative Adversarial Network)이고, GAN-AD(GANs for Anomaly Detection)이 적용된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 진단 방법.
The method according to claim 1,
artificial intelligence model,
A solar module diagnosis method, characterized in that it is a Generative Adversarial Network (GAN) and GAN-AD (GANs for Anomaly Detection) is applied.
변환 단계는,
고장과 열화가 나타난 영역을 스무딩하기 위한 화상 처리를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 진단 방법.
The method according to claim 1,
The conversion step is
A method for diagnosing a photovoltaic module, characterized in that further image processing is performed for smoothing the area in which the failure and deterioration appear.
분석 단계는,
제1 분석단계에서의 분석 결과와 제2 분석단계에서의 분석 결과를 취합하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 분석하는 제3 분석단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 진단 방법.
The method according to claim 1,
The analysis step is
A photovoltaic module diagnosis method further comprising a; a third analysis step of collecting the analysis result in the first analysis step and the analysis result in the second analysis step, and analyzing the failure and deterioration of the solar modules.
획득부에서 획득된 열화상을 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 분석하는 분석부;를 포함하고,
인공지능 모델은,
열화상을 입력으로 하고, 태양광 모듈들의 고장과 열화 영역 및 모드를 출력으로 하여 학습된 인공지능 모델이며,
분석부는,
획득부에서 획득된 열화상을 제1 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 분석하는 제1 분석부; 및
제1 분석부에서의 분석 결과를 기초로, 획득부에서 획득된 열화상을 화상 처리하여 변환하는 화상 처리부;
화상 처리부에서 변환된 열화상을 제2 인공지능 모델에 입력하여, 태양광 모듈들의 고장과 열화를 분석하는 제2 분석부;를 포함하고,
화상 처리부는,
고장과 열화 영역을 강조하기 위한 화상 처리를 수행하며,
고장과 열화 모드는,
핫스팟, BDF(Bypass Diode Failure), 음영, 오염, PID(Potential Induced Degradation), 단락 및 단선 중 적어도 하나를 포함하고,
화상 처리부는,
제1 분석부에서 고장과 열화 모드가 핫스팟, PID 또는 단락으로 분석된 고장과 열화 영역에 대해서는 점 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리를 수행하고,
제1 분석부에서 고장과 열화 모드가 BDF로 분석된 고장과 열화 영역에 대해서는 막대 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리를 수행하며,
제1 분석부에서 고장과 열화 모드가 단선으로 분석된 고장과 열화 영역에 대해서는 면 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리를 수행하고,
제1 분석부에서 고장과 열화 모드가 음영 또는 오염으로 분석된 고장과 열화 영역에 대해서는 불규칙적인 형상을 검출하여 강조하기 위한 화상 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 진단 시스템.
an acquisition unit for acquiring thermal images of solar modules;
An analysis unit that inputs the thermal image obtained by the acquisition unit to the artificial intelligence model and analyzes the failure and deterioration of the solar modules;
artificial intelligence model,
It is an artificial intelligence model learned by taking thermal images as input and outputting the areas and modes of failure and deterioration of solar modules.
analysis department,
a first analysis unit that inputs the thermal image obtained by the acquisition unit into the first artificial intelligence model, and analyzes the failure and deterioration of the solar modules; and
an image processing unit for image processing and converting the thermal image acquired by the acquisition unit based on the analysis result of the first analysis unit;
a second analysis unit that inputs the thermal image converted by the image processing unit into the second artificial intelligence model, and analyzes the failure and deterioration of the solar modules;
The image processing unit,
Perform image processing to highlight areas of failure and deterioration;
Failure and deterioration modes are
including at least one of hotspots, Bypass Diode Failure (BDF), shading, contamination, Potential Induced Degradation (PID), short circuit, and open circuit;
The image processing unit,
The first analysis unit performs image processing for detecting and emphasizing the point shape for the failure and deterioration areas analyzed as hotspots, PIDs, or short circuits in the failure and deterioration modes;
The first analysis unit performs image processing for detecting and emphasizing the bar shape for the failure and deterioration areas analyzed by BDF in the failure and deterioration modes,
The first analysis unit performs image processing for detecting and emphasizing the shape of a failure and deterioration area analyzed as a disconnection in the failure and deterioration mode;
A photovoltaic module diagnostic system, characterized in that the first analysis unit detects and performs image processing for highlighting irregular shapes for the failure and deterioration areas analyzed as shadows or contamination in the failure and deterioration modes.
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2020
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