KR102524986B1 - 영농형 수직가변식 태양광발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영농형 수직가변식 태양광발전시스템에 대한 것으로, 농산물의 재배지에 매설되는 방식으로 고정되어 상기 농기계의 근접시 이를 감지하는 지주부, 및 상기 지주부의 상단 부위에서 회전 가능한 구조나 회전과 틸팅 또는 틸팅이 가능한 구조로 설치되어 자체 장착된 이미지센서를 기반으로 태양광의 고도에 따른 궤적을 추적하는 방식으로 동작되는 발전패널부를 포함하는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템을 포함하는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템룰 제공하고자 한다.

Description

영농형 수직가변식 태양광발전시스템{sunlight generation device interlocking with unmanned agricultural machine driving}

본 발명은 영농형 수직가변식 태양광발전시스템에 대한 것으로, 보다 상세하게는 농산물 재배지의 작물 영농 운영에 필요한 농기계의 무인 운행과 함께, 농기계의 접근시에 태양광발전부가 연동되는 방식으로 작동될 수 있게 한 영농형 수직가변식 태양광발전시스템에 관한 것이다.

태양광 발전은 지구로 복사 전달되는 태양광을 전기에너지로 변환시켜 발전을 친환경적으로 구현하는 기술인데, 이러한 태양광 발전의 구현을 위해서는 각종의 장비가 마련되어야 하는바, 예컨대 지면에 매설되는 방식으로 박혀 고정되는 지주와 상기 지주의 상단에 장착 설치되는 발전패널부로 구성된다.

물론, 발전패널부는 패널프레임과 상기 패널프레임에 설치되는 태양전지패널로 구성되는 경우가 일반적이며, 이러한 태양광전지패널은 태양광으로부터 방사되는 조사광을 전기에너지로 변환하고, 이를 저장하여 전기가 필요한 곳으로 송출하는 기능을 담당한다.

근래에는, 농산물의 재배지에서도 전기의 이용이 많아지는 관계로, 농산물의 재배지에 태양광 발전에 필요한 장비로서 지주 및 발전패널부가 설치되는 경우가 다반사이다.

이러한 농산물의 재배지에 매설된 대부분의 지주는 그 높이가 규격화되어 있는데, 예컨대 지주는 재배지의 매설된 지점에서부터 상단의 지점에 이르기까지 약 6m 높이를 이루게 되고, 지주의 상단에 장착된 발전패널부에서부터 재배지까지는 약 4m 높이를 이루게 된다.

그런데, 농산물 재배지에서는 더욱이 작물 작황을 위해 농기계들이 운용되고 있고, 발전패널부는 태양광으로부터 전기에너지를 변환하여 저장하는 기능을 담당하는 과정에서, 농기계들이 재배지를 이동하는 도중 발전패널부와 충돌하는 사고가 빈번하게 발생되고 있다.

이렇게 농기계들이 재배를 이동하는 과정에서 발전패널부와 충돌시, 농기계들과 발전패널부가 모두 파손되거나 어느 한쪽이 파손되는 경우가 대부분인데, 이는 결국 농기계와 발전패널부를 수리하거나 파손이 심각하여 수리가 불가능할 경우에는 농기게와 발전패널부를 새로이 구입해야 한다.

즉, 농산물 재배지의 운용에 불필요한 비용이 증가되고 있으며, 이는 농가 운용의 부담으로 작용하고 있다. 이뿐만 아니라, 기존의 발전패널부는 태양의 궤적을 추적하지 못하는 관계로, 발전의 효율성이 현저히 저하되고 있는 실정에 처해 있다.

그리고, 영농형 태양광은 기존 태양광 설비 대비 동일 용량을 설치할 경우 면적이 75% 더 필요하며, 설비구축 비용 또한 35% 높아 설치 면적 및 설비구축 비용 개선 기술 필요하다. 일례로서, 100kW 설치 기준 일반 태양광(1200

, 1.4억 원), 영농형 태양광(2100

, 1.9억 원)

태양광 패널을 수직으로 설치하면 농지 내 음영률 개선 효과 및 오전, 오후 2번 발전을 통해 태양광 발전이 정오에 집중되는 현상을 완화 시키는 등 긍정적인 효과가 있으나, 높은 발전량 감소로 인한 수직형 태양광 상업 운전의 사례는 전무한 실정이다.

각도 제어가 가능한 펜스식 태양광 발전 시스템의 실증 사례는 국내 전무하여, 발전 시스템의 신뢰성 검증 및 작물의 생육에 미치는 영향 검토가 필요하고, 일부 사업자들이 사업을 추진하고자 하나, 인허가 담당자는 실증사례가 없다며 인허가를 회피하는 상황이다.

물론, 각도 제어 태양광의 경우 발전량은 최대 30% 개선되는 것으로 보고 되고 있으나, 잦은 고장과 문제점으로 시장점유율이 낮고, O&M 관리가 증가하는 문제점도 당면한 과제이다.

따라서, 태양광 패널에 대한 각도 제어에 고장도 없고 무인으로 운용되는 농기계와의 충돌성도 방지할 수 있는 단순한 기술 개발이 시급하다.

대한민국 특허공개 제10-2014-0030407호

전술된 문제점들을 해소하기 위한 본 발명은, 농산물의 재배지에서 작물의 작황을 위해 필요한 농기계의 작동 운용을 무인으로 수행함과 더불어, 재배지에서의 농기계 이동 과정에서 농기계의 접근을 간파하여 발전패널부가 연동하는 방식으로 지주부에 접혀지는 동작을 수행함에 따라, 농기계와 발전패널부 간의 충돌을 회피할 수 있게 한 영농형 수직가변식 태양광발전시스템을 제공하고자 함에 그 목적을 두고 있다.

전술된 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 농산물의 재배지에 매설되는 방식으로 고정되어 상기 농기계의 근접시 이를 감지하는 지주부, 및 상기 지주부의 상단 부위에서 회전 가능한 구조나 회전과 틸팅 또는 틸팅이 가능한 구조로 설치되어 자체 장착된 이미지센서를 기반으로 태양광의 고도에 따른 궤적을 추적하는 방식으로 동작되는 발전패널부를 포함하는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템에 그 일례의 특징이 있다.

상기 발전패널부는 수직형 패널들이 소정의 이격된 형태의 격자형의 구조로 구성되고, 상기 수직형 패널들의 사이에 태양광으로부터 전력을 모아 발전하기 위한 발전패널들이 설치되는 구성으로 이루어지며, 상기 이미지센서는 태양광 차폐를 위한 돔 구조의 수광부, 상기 수광부의 상부에 장착되어 태양광의 초점 영상을 생성하는 렌즈부, 상기 수광부 내의 하부에 설치되어 상기 렌즈부로부터 생성된 초점 영상을 투영하는 영상투영부, 상기 수광부로부터 태양의 위치를 추적할 수 있게 상기 영상투영부에 맺힌 초점 영상을 측정하는 카메라부, 및 위치산출알고리즘에 의해 계산된 위치 이동 정보를 제1모터에 출력하여 발전패널부의 회전을 제어하는 패널각도제어부를 포함하는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템에 그 일례의 특징이 있다.

상기 발전패널부의 회전 동작에 필요한 동력 제공 유닛수단, 및 상기 발전패널부의 젖힘 동작에 필요한 동력 전달 유닛수단을 더 포함하는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템에 그 일례의 특징이 있다.

상기 지주부에는 상기 농기계의 접근을 감지하는 근접센서, 상기 농기계의 종류와 크기에 대한 영상을 촬영 녹화하는 열화상 카메라, 및 상기 열화상 카메라로부터 전송된 영상과 상기 근접센서로부터 전송된 회피신호를 분석하는 영상분석컴퓨터를 더 포함하는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템에 그 일례의 특징이 있다.

상기 영상분석컴퓨터에 설치된 회피판별프로그램을 통해 발전패널부의 회피에 필요한 작동을 파악하게 되는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템에 그 일례의 특징이 있다.

상기 회피판별프로그램에서 발전패널부의 충돌 회피에 필요한 작동이 파악될 경우, 상기의 영상분석컴퓨터는 지주부의 상단에 설치된 제1모터와 지주부의 중앙 어느 부위에 설치된 제2모터의 작동을 지시하면서 충돌 회피 가능한 발전패널부의 회전각과 젖힘각까지 동작되도록 지시하는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템에 그 일례의 특징이 있다.

상기 농기계들에는 근거리 무선 통신에 기반하여 농기계(100)에 대한 조향과 변속의 조작 설정된 데이터 신호를 발신하는 발신부, 상기의 데이터 신호를 수신하는 수신부, 상기 수신부로부터 전송받은 데이터 신호를 근거로 농기계의 조향과 변속의 작동을 지시하는 ECU, 및 상기 ECU에서 설정된 농기계의 주행 좌표와 주행 속도에 맞춰 농기계로부터 떨어진 전방의 장애물과의 이격 거리를 정확히 실시간으로 연산하여 농기계의 안전거리를 확보 유지시켜 주는 스마트주행컨트롤부를 더 포함하는 구성으로 이루어지는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템에 그 일례의 특징이 있다.

이상, 상술된 바에 따른 본 발명에 의하면, 농작물 재배를 위해 재배지에서 운용 중인 농기계들의 이동 과정에서 농기계들의 접근을 미리 간파하여 발전패널부가 연동되는 방식으로 지주부에 접혀지는 동작을 수행함에 따라, 농기계들과 발전패널부 간의 충돌 사고가 미연에 방지될 수 있고, 이로 인한 농기계들과 발전패널부의 수리나 교체에 소모되는 비용이 절감되는 효과를 기대할 수 있다.

게다가, 발전패널부가 태양광의 고도에 따른 궤적을 실시간 추적하는 방식으로 작동됨에 따라, 태양광으로부터 전기에너지의 변환 저장하는 전력량이 극대화될 수 있고, 이는 결국 발전의 효율성이 월등하게 발휘되는 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 영농형 수직가변식 태양광발전시스템의 발전패널부에 대한 회전과 접힘의 작동을 일례로 보이기 위한 개념 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 영농형 수직가변식 태양광발전시스템의 발전패널부가 태양의 고도에 따른 궤적을 추적하는 방식으로 작동되는 상태를 일례로 보이기 위한 개념 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 영농형 수직가변식 태양광발전시스템의 발전패널부가 농기계들의 재배지 이동 과정에서 농기계들의 접근을 미리 간파하여 지주를 향해 접혀진 상태를 일례로 보이기 위한 개념 예시도이다.

본 발명에 있어 후술되는 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라, 본 발명의 청구 범위에 제시된 구성요소의 예시적 사항에 불과하며, 다른 여러 형태로 변형 실시될 수 있는 점까지 감안한 명세서 전반에 걸친 기술적 사상을 토대로 해석되어야 하며, 본 발명에 대한 참고용으로 유첨된 도면들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 참조에 불과하므로, 유첨된 도면들이 본 발명의 기술적 권리를 한정하는 것은 아니다.

그리고, 본 발명에서는 구성 요소들에 대해 설명의 방식으로 충분한 이해가 가능한 관계로, 구성 요소들에 대한 불필요한 도면들은 미도시되는 방식으로 생략되나, 이러한 미도시가 본 발명의 구성 요소들에 대한 기재 불비의 이유로 지적될 수는 없는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 영농형 수직가변식 태양광발전시스템은 예컨대 도면 1에 도시된 바와 같이 농산물의 재배지에 매설되는 박혀 고정되어 있는 지주부(200) 및 상기 지주부(200)의 상단에 탑재되는 구조로 설치된 발전패널부(300)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.

특히, 상기 발전패널부(300)는 도면에 구체적으로 도시되어 있지 않으나 패널프레임과 상기 패널프레임에 설치된 태양전지패널로 구성될 수 있으며, 상기 발전패널부(300)는 상기 지주부(200)의 상단을 기준으로 회전 작동을 수행하게 되는데, 이는 지주부(200)의 상단에 마련된 제1모터의 축과 결합되는 구조를 통해 이루어질 수 있다. 즉, 제1모터의 축에 결합되는 횡봉상에 발전패널부(300)가 결합되는 구조이다.

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그리고, 이러한 발전패널부(300)들이 태양의 궤적을 따라 유연하게 회전될 수 있도록 상기 횡봉을 지지하는 상기 지주부(200)에 회전베어링이 설치될 수 있으며, 이러한 회전베어링은 내구력 및 기계적 성능과 강성을 가질 수 있는 복합소재로 이루어질 수 있다.

상기 회전베어링의 복합소재로는 티타늄(Ti) 및 지르코늄(ZrO₂)을 혼용한 소재로서 티타늄과 지르코늄이 1 : 1 비율로 혼합될 수 있되, 지주부(200)의 설치 환경에 따라 내구력 및 기계적 성능과 내열성과 내부식 성능 중 어느 성능을 더 고려해야 하는 요인에 기초하여 티타늄과 지르코늄은 0.5~0.9 : 1 내지 1 : 0.5~0.9 비율로 혼합될 수 있다.

즉, 예컨대 비탈진 사면지나 경사진 재배지에 발전패널부(300)가 설치되는 경우, 내구력 및 기계적 성능이 더 고려되어야 하는바, 티타늄과 지르코늄은 각각 1 : 0.5~0.9 비율로 혼합되는 것이 바람직하고, 예컨대 해안가쪽 재배지에서는 내부식성이 더 고려되어야 하는 관계로, 티타늄과 지르코늄은 각각 0.5 : 1 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.

이처럼, 제1모터의 축에 결합되는 횡봉과 상기 횡봉을 지지하는 지주부(200)의 상단에 설치되는 상기의 회전베어링을 통해, 상기 발전패널부(300)는 동서 방향을 바라보게 설치되면서 태양의 고도에 따른 궤적을 추적하면서 기존 방식으로 설치된 발전패널에 비해 많은 발전량을 기대할 수 있다.

게다가, 남북 방향으로 그림자가 드리우지 않은 관계로, 좁은 면적에서도 많은 양의 발전패널부(300)를 설치할 수 있는 특징도 있다.

특히, 상기 발전패널부(300)가 태양의 고도에 따른 궤적 즉 태양의 위치를 추적하는 방식의 경우 이미지센서 기반이 상기 발전패널부(300)에 설치되는 방식으로 활용될 수 있다.

이러한 이미지센서는 광센서를 이용한 광량 차이를 추적하는 센서 방식으로서, 도면에 미도시되었으나 수광부, 렌즈부, 영상투영부, 카메라부 및 패널각도제어부로 구성될 수 있다.

수광부는 돔 구조로서 태양광 차폐를 위한 용도이고, 렌즈부는 상기 수광부의 상부에 장착되어 태양광의 초점 영상을 생성할 수 있으며, 영상투영부는 수광부 내의 하부에 설치되어 상기 렌즈부로부터 생성된 초점 영상을 투영할 수 있고, 카메라부는 수광부로부터 태양의 위치를 추적할 수 있게 영상투영부에 맺힌 초점 영상을 측정할 수 있으며, 패널각도제어부는 위치산출알고리즘에 의해 계산된 위치 이동 정보를 제1모터에 출력하여 발전패널부(300)의 회전을 제어하는 방식으로 작용될 수 있다.

상기 렌즈부는 예컨대 볼록렌즈가 이용될 수 있고, 상기 카메라부는 CCD 카메라가 이용될 수 있으며, 상기 패널각도제어보드에는 위치산출알고리즘이 설치되어 있되, 이러한 위치산출알고리즘은 상기 CCD 카메라로부터 영상 신호를 입력받아 초점 영상의 중심점을 계산하여 계산된 초점 영상의 중심점을 영상투영부의 중심으로 이동시킬 수 있다.

물론, 상기 제1모터와 달리 틸팅수단을 채용하는 방식으로도 가능한데, 예컨대 단턱킹이 활용될 수 있고, 이러한 단턱킹은 높낮이 조절레버와 원통레버의 조합으로 이루어질 수 있으며, 높낮이 조절레버를 핀 형식으로 안으로 넣어줄 경우 넘어가지 않게 고정되고, 높낮이 조절 레버를 핀 형식으로 뺄 경우 핀이 풀어지며 틸팅이 가능한 원리이다.

그리고, 상기 발전패널부(300)는 상기 지주부(200)를 향해 젖혀지는 접힘 작동을 수행할 수 있는데, 이는 상기 발전패널부(300)의 저부에서 상호간 이격된 위치에 연결된 체인(410)과 상기 체인(410)과 치차되어 상기 지주부(200)의 중앙 지점이나 그 하부 지점에 고정 설치된 스프라켓(400) 및 스프라켓의 회전 동력에 필요한 제2모터의 조합 구조를 통해 이루어질 수 있다. 물론, 상기의 제1모터와 제2모터는 미도시됨을 밝혀둔다.

특히, 상기 발전패널부(300)는 예컨대 도면 2에 도시된 바와 같이 재배지에 매설된 지주부(200)의 상단에 탑재된 상태로 태양의 고도에 따른 궤적을 추적하는 방식으로 회전과 젖힘의 동작이 이루어질 수 있다.

이러한 상기의 발전패널부(300)가 태양의 궤적을 추적하는 방식으로 회전 및 젖힘의 동작을 수행할 수 있음은, 회전에 필요한 동력 제공 유닛수단으로서 상기 제1모터와 제2모터 및 젖힘에 필요한 동력 전달 유닛수단으로서 스프라켓(400)과 체인(410)의 조합을 통해 구현될 수 있다.

물론, 상기의 회전에 필요한 동력 제공 유닛수단과 상기의 젖힘에 필요한 동력 전달 유닛수단은 한정될 필요는 없으며, 회전과 젖힘의 동작 구현이 가능한 다른 유닛수단들도 모두 포함될 수 있다. 특히 상기 발전패널부(300)의 회전과 젖힘의 작동이 더욱 정밀하면서도 유연하게 이루어지기 위해서는 베어링과 풀리 및 풀리벨트를 활용함도 무방하다.

한편, 재배지에서 작물 재배를 위해 활용되는 농기계(100)들은 재배지를 이동하는 과정에서 예컨대 도면 3에서와 같이 지주부(200)를 향해 접근되는 경우가 있는데, 이때 지주부(200)에 설치된 근접센서(PS)가 상기 농기계(100)의 접근을 감지함에 따라, 상기 발전패널부(300)에 구비된 상기의 동력 제공 유닛수단과 상기의 동력 전달 유닛수단의 작동 지시를 위한 회피신호를 전송할 수 있다.

물론, 상기 근접센서(PS)가 회피신호를 상기 동력 제공 유닛수단과 상기 동력 전달 유닛수단에게 무선으로 전송할 수 있게 중계기로서 비콘이 사용될 수 있으며, 이러한 비콘은 농기계(100) 또는 지주부(200)에 설치될 수 있고, 농기계(100)의 접근시 신속한 감지를 통한 회피신호의 빠른 무선 전송에 유리하게 활용될 수 있다.

특히, 상기 근접센서(PS)는 예컨대 고주파 발진형 근접센서(High-Frequency Oscillation-Type Proximity Sensor)가 이용될 수 있으며, 이러한 고주파 발진형 근접센서는 무엇보다 농기계(100)와 같은 검출체 금속의 재질적 제약을 받지 않아 금속물체와 같은 검출체의 감지에 유리하다.

물론, 이때 상기 근접센서(PS)가 지주부(200)를 향한 농기계(100)의 근접을 감지할 때에, 상기 지주부(200)에 설치된 열화상 카메라(TIC: Thermal Imaging Camera)가 작동되면서 농기계(100)의 종류와 크기에 대한 영상을 촬영 녹화하고, 이 영상은 곧바로 상기 지주부(200)에 설치된 영상분석컴퓨터(IAC: Image Analysis Computer)로 전송되면서 상기 영상분석컴퓨터에 설치된 회피판별프로그램을 통해 발전패널부(300)의 회피에 필요한 작동을 파악할 수 있다.

이렇게 회피판별프로그램에서 발전패널부(300)의 충돌 회피에 필요한 작동이 파악될 경우, 상기의 영상분석컴퓨터(IAC)는 지주부(200)의 상단에 설치된 제1모터와 제2모터의 작동을 지시하면서 충돌 회피 가능한 발전패널부(300)의 회전각과 젖힘각까지 동작시킬 수 있다.

특히, 상기 영상분석컴퓨터(IAC)는 AI가 활용될 수 있고, 이러한 AI 타입의 영상분석컴퓨터는 수많은 농기계(100)들의 종류와 크기를 학습하고, 이들 농기계(100)들의 접근 거리에 따른 지주부(200)와의 충돌 회피에 필요한 발전패널부(300)의 회전각과 젖힘각까지 학습한 DB를 저장할 수 있다.

농기계(100)들은 그 종류 및 모델이 방대한 관계로 자세한 열거는 생략될 수 있으며, 대표적으로 트랙터, 경운기, 트레일러, 로더, 콤바인, 탈곡기 등이다.

이렇게 저장된 DB를 토대로, 영상분석컴퓨터(IAC)는 지주부(200)를 향한 농기계(100)들의 접근시 발전패널부(300)의 회피에 필요한 처리 속도를 높일 수 있다.

그리고, 상기 지주부(200)는 예컨대 H빔 혹은 원형파이프나 각형파이프 중 어느 하나를 선택적으로 사용하여 실시할 수도 있되, H빔의 사용 실시가 바람직한데, 이는 재배지의 작물 재배에 필요한 물이나 양액을 공급하기 위한 공급라인이 H빔에 은폐되는 방식으로 설치될 수 있기 때문이며, 공급라인의 설치를 위해 H빔에 다수의 구멍을 뚫고, 뚫린 구멍들속으로 공급라인들이 삽입되는 구조로 배치될 수 있는 것이다.

한편, 농기계(100)들은 무인으로 자율 주행을 위한 유닛들이 필요한데, 이러한 유닛들로는 발신부, 수신부, ECU, 스마트주행컨트롤부를 조합한 유닛들로 구성될 수 있다.

상기 발신부는 근거리 무선 통신에 기반하여 농기계(100)에 대한 조향과 변속의 조작 설정된 데이터 신호를 발신할 수 있고, 상기 수신부는 상기의 데이터 신호를 수신할 수 있으며, 상기 수신부로부터 전송받은 데이터 신호를 근거로 ECU는 농기계(100)의 조향과 변속의 작동을 지시할 수 있다.

특히, 상기 스마트주행컨트롤부는 상기 ECU에서 설정된 주행 좌표와 주행 속도에 맞춰 농기계(100)로부터 떨어진 전방의 장애물과의 이격 거리를 정확히 실시간으로 연산하여 농기계(100)의 안전거리를 확보 유지시켜 주는 기능을 담당할 수 있다.

이러한 상기 스마트주행컨트롤부는 주행제어컴퓨터, GPS 수신기, 라이다 및 속도감지센서를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있으며, 상기 주행제어컴퓨터에는 충돌방지프로그램 및 매칭프로그램이 함께 더 설치될 수 있다.

상기 충돌방지프로그램은 농기계(100)의 주행 과정에서 농기계(100)의 위치로부터 떨어진 장애물까지의 이격 거리를 산출함에 따라, 지주부(200)와의 충돌을 피할 수 있는 방안을 가상시뮬레이션으로 분석하여 다양한 충돌회피방안들을 제시하게 된다.

이와 같이, 상기 충돌방지프로그램이 충돌회피방안들의 결과들을 내놓게 되면, 매칭프로그램은 충돌회피방안들 중 가장 최적의 충돌회피방안을 매칭하게 되고, 이러한 매칭의 정보를 기반으로 ECU는 농기계(100)의 속도와 조향의 방향성을 결정하는 방식으로 지시할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 영농형 수직가변식 태양광발전시스템의 작동 과정을 후술하기로 한다.

재배지의 식물이나 야채 혹은 과일과 같은 작물들을 재배하기 위해 농기계(100)들이 투입되고, 재배지의 일정한 지점마다 발전패널부(300)가 설치되어 태양의 고도를 추적하게 된다.

농기계(100)들은 재배지를 따라 이동하는 과정에서 발전패널부(300)에 근접하는 경우가 발생되고, 발전패널부(300)는 농기계(100)들의 근접을 근접센서(PS)를 통해 감지하게 된다.

이러한 근접 센서(PS)의 감지에 따라, 지주부(200)에 설치된 열화상 카메라(TIC: Thermal Imaging Camera)가 작동되면서 농기계(100)의 종류와 크기에 대한 영상을 촬영 녹화하게 된다.

이렇게 촬영된 영상은 곧바로 상기 지주부(200)에 설치된 영상분석컴퓨터(IAC: Image Analysis Computer)로 전송되면서 상기 영상분석컴퓨터에 설치된 회피판별프로그램을 통해 발전패널부(300)의 회피에 필요한 작동을 파악할 수 있다.

회피판별프로그램에서 발전패널부(300)의 충돌 회피에 필요한 작동이 파악될 경우, 상기의 영상분석컴퓨터(IAC)는 지주부(200)의 상단에 설치된 제1모터와 제2모터의 작동을 지시하면서 충돌 회피 가능한 발전패널부(300)의 회전각과 젖힘각까지 동작시킬 수 있다.

영상분석컴퓨터(IAC)는 AI가 활용될 수 있으며, AI 타입의 영상분석컴퓨터는 수많은 농기계(100)들의 종류와 크기를 학습하고, 이들 농기계(100)들의 접근 거리에 따른 지주부(200)와의 충돌 회피에 필요한 발전패널부(300)의 회전각과 젖힘각까지 학습한 DB를 저장할 수 있다.

발전패널부(300)는 농기계(100)들의 근접에 따라 그 충돌성을 회피하기 위하여 도면 2와 도면 3에 도시된 바와 같이 지주(200)와 같이 수직형으로 세워지는 형태대로 젖혀지는 동작을 수행할 수 있으며, 이렇게 발전패널부(300)의 세워진 젖힘 동작을 통해, 상기 농기계(100)들은 무인으로도 발전패널부(300)와 충돌없이 원활하게 이동 가능함에 따라, 지주(200)의 형태와 같이 세로의 형태 대로 젖혀진 발전패널부(300))와의 충돌이 회피될 수 있는 것이다.

물론, 상기 농기계(100)들이 지주(200)를 지나쳐 발전패널부(300)의 반경을 벗어난 것으로 판단될 경우, 근접센서(PS)는 더 이상의 감지를 하지 않음에 따라, 발전패널부(300)는 다시 원위치로 복귀하는 동작이 이루어지면서, 태양의 고도에 따른 궤적을 다시 추적하는 방식으로 발전할 수 있는 것이다.

이러한 본 발명에서는, 종래의 태양광 패널을 예컨대 30˚로 고정 설치하는 기존 일반 태양광 발전방식 대비, 펜스형으로 태양광 패널을 수직 설치(모듈 각도 90˚) 시, 20% 정도 발전량 저하가 발생하는 문제점을 개선하고자, 발전패널부(300)에 대한 각도 제어 방식이 적용됨으로써, 발전량이 획기적으로 개선될 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 영농형 수직가변식 태양광발전시스템을 통해 재배지가 무인의 농기계(100)와 함께 운용될 경우, 하기의 표 1에서와 같이, 기존 종래의 태양광 패널을 통한 농기계의 재배지 운용과 비교시, 그 성능의 지표가 월등함을 입증할 수 있었다.

구분	성능지표	단위	기존	현재	측정방법
1	풍하중 안전성	m/s	30	45	공인기관성적서
2	발전량(정남향 대비)	%	80	105	공인기관성적서
3	감수율	%	20	15	공인기관성적서
4	균등화 발전비용	원/kwh	170	150	자체평가
5	실증 용량	kW	-	300

농기계(100) 지주부(200)
발전패널부(300) 체인(410)
스프라켓(400)
근접센서(PS) 영상분석컴퓨터(IAC)
열화상 카메라(TIC)

Claims (7)

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2. 삭제
3. 삭제
4. 농산물의 재배지에 매설되는 방식으로 고정되어 농기계의 근접시 이를 감지하는 지주부; 및 상기 지주부의 상단 부위에서 회전 가능한 구조나 회전과 틸팅 또는 틸팅이 가능한 구조로 설치되어 자체 장착된 이미지센서를 기반으로 태양광의 고도에 따른 궤적을 추적하는 방식으로 동작되는 발전패널부; 를 포함하고,
   상기 이미지센서는 태양광 차폐를 위한 돔 구조의 수광부; 상기 수광부의 상부에 장착되어 태양광의 초점 영상을 생성하는 렌즈부; 상기 수광부 내의 하부에 설치되어 상기 렌즈부로부터 생성된 초점 영상을 투영하는 영상투영부; 상기 수광부로부터 태양의 위치를 추적할 수 있게 상기 영상투영부에 맺힌 초점 영상을 측정하는 카메라부; 및 위치산출알고리즘에 의해 계산된 위치 이동 정보를 제1모터에 출력하여 발전패널부의 회전을 제어하는 패널각도제어부; 를 포함하고,
   상기 발전패널부의 회전 동작에 필요한 동력 제공 유닛수단; 및 상기 발전패널부의 젖힘 동작에 필요한 동력 전달 유닛수단; 을 더 포함하며,
   상기 지주부에는 상기 농기계의 접근을 감지하는 근접센서; 상기 농기계의 종류와 크기에 대한 영상을 촬영 녹화하는 열화상 카메라; 및 상기 열화상 카메라로부터 전송된 영상과 상기 근접센서로부터 전송된 회피신호를 분석하는 영상분석컴퓨터; 를 더 포함하고,
   상기 발전패널부의 하단 부위에서 상기 발전패널부를 지지하는 상기 지주부에 설치된 회전베어링은 티타늄 및 지르코늄을 혼용한 복합소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 영상분석컴퓨터에 설치된 회피판별프로그램을 통해 발전패널부의 회피에 필요한 작동을 파악하게 되는 것을 특징으로 하는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템.
6. 제4항에 있어서,
   상기 영상분석컴퓨터에 설치된 회피판별프로그램에서 발전패널부의 충돌 회피에 필요한 작동이 파악될 경우, 상기의 영상분석컴퓨터는 지주부의 상단에 설치된 제1모터와 지주부의 중앙 어느 부위에 설치된 제2모터의 작동을 지시하면서 충돌 회피 가능한 발전패널부의 회전각과 젖힘각까지 동작되도록 지시하는 것을 특징으로 하는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템.
7. 제4항에 있어서, 상기 농기계들에는
   근거리 무선 통신에 기반하여 농기계(100)에 대한 조향과 변속의 조작 설정된 데이터 신호를 발신하는 발신부;
   상기의 데이터 신호를 수신하는 수신부;
   상기 수신부로부터 전송받은 데이터 신호를 근거로 농기계()의 조향과 변속의 작동을 지시하는 ECU; 및
   상기 ECU에서 설정된 농기계의 주행 좌표와 주행 속도에 맞춰 농기계로부터 떨어진 전방의 장애물과의 이격 거리를 정확히 실시간으로 연산하여 농기계의 안전거리를 확보 유지시켜 주는 스마트주행컨트롤부;
   를 더 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영농형 수직가변식 태양광발전시스템.
   

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