KR102533023B1 - Apparatus for measuring solar power generation based on Deep Leaning Model and method therefor - Google Patents

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Abstract

심층 학습 모델을 기반으로 태양광 발전량을 계측하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 열화상카메라부가 태양광셀어레이를 촬영하여 소정 시간 단위로 촬영된 복수의 프레임을 포함하는 열화상을 생성하는 단계와, 발전량예측망이 상기 열화상에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량을 예측한 발전량벡터를 산출하는 단계와, 효율추정망이 상기 열화상에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 대비 부하에 공급되는 전력량의 비율을 나타내는 발전 효율을 예측한 발전효율벡터를 산출하는 단계와, 통합예측망이 상기 발전량벡터와 상기 발전효율벡터로부터 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성되어 상기 부하에 제공되는 전력량을 예측한 실효발전량벡터를 산출하는 단계를 포함한다. A method for measuring solar power generation based on a deep learning model is provided. The method includes generating a thermal image including a plurality of frames captured by a thermal image camera by capturing a photovoltaic cell array in units of a predetermined time, and generating a power generation prediction network using a weight learned between a plurality of layers for the thermal image. Calculating a power generation vector that predicts the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array through a plurality of applied operations, and an efficiency estimation network to which a weight learned between a plurality of layers is applied to the thermal image Calculating a power generation efficiency vector that predicts the power generation efficiency representing the ratio of the amount of power supplied to the load to the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array through a plurality of operations; and calculating an effective power generation vector, which predicts the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array and provided to the load, from the power generation efficiency vector.

Description

심층 학습 모델을 기반으로 태양광 발전량을 계측하기 위한 장치 및 이를 위한 방법{Apparatus for measuring solar power generation based on Deep Leaning Model and method therefor}Apparatus for measuring solar power generation based on Deep Leaning Model and method therefor}

본 발명은 태양광 계측 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 심층 학습 모델을 기반으로 실제로 부하에 전달되는 태양광 발전량을 계측하기 위한 장치 및 이를 위한 방법에 관한 것이다. The present invention relates to solar measurement technology, and more particularly, to a device for measuring the amount of solar power actually delivered to a load based on a deep learning model and a method therefor.

태양광발전(Photovoltaic system, solar power system)은 햇빛을 직류 전기로 바꾸어 전력을 생산하는 발전 방법이다. 태양광 발전은 여러 개의 태양 전지들이 붙어있는 태양광 패널을 이용한다. 재생가능 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라, 태양 전지와 태양광 어레이의 생산도 크게 늘어나고 있는 추세이다. Photovoltaic system (solar power system) is a power generation method that produces electricity by converting sunlight into direct current electricity. Solar power generation uses a photovoltaic panel in which several solar cells are attached. As the demand for renewable energy increases, the production of solar cells and photovoltaic arrays is also increasing significantly.

태양광발전은 광기전 효과(photovoltaic effect)를 이용하여, 태양으로부터 오는 빛을 전기 에너지로 바꾸어 주는 발전 방법을 지칭한다. 빛 에너지를 직접적으로 전기 에너지로 바꾼다는 점에서 빛의 열에너지를 이용하여 발전하는 태양열발전과는 구분된다. Photovoltaic power generation refers to a power generation method that converts light from the sun into electrical energy using a photovoltaic effect. It is different from solar power generation that uses the thermal energy of light in that it directly converts light energy into electrical energy.

광기전 효과는 광전 효과(photoelectric effect)와 거의 비슷하지만 설명하는 상황이 조금 다르다. 광전효과가 일반적으로 어떠한 물질이 빛을 받아 전자를 방출하는 효과를 일컫는다면, 광기전 효과는 광전효과의 결과로 생긴 전자와 양공(hole)이 물질 내부에서 이동하여 전위차를 만드는 것을 일컫는다. 즉 광기전 효과는 광전 효과의 하나의 결과로 생각할 수 있는 부수적인 효과라고 할 수 있다. The photovoltaic effect is almost similar to the photoelectric effect, but the situation in which it is explained is slightly different. If the photoelectric effect generally refers to an effect in which a certain material receives light and emits electrons, the photovoltaic effect refers to the movement of electrons and holes resulting from the photoelectric effect inside a material to create a potential difference. That is, the photovoltaic effect can be regarded as a side effect that can be considered as one result of the photoelectric effect.

한국등록특허 제2030925호 2019년 10월 02일 등록 (명칭: 태양광 발전량 모니터링 시스템)Korean Registered Patent No. 2030925 Registered on October 2, 2019 (Name: Solar power generation monitoring system)

본 발명의 목적은 심층 학습 모델을 기반으로 태양광 발전량을 계측하기 위한 장치 및 이를 위한 방법을 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for measuring solar power generation based on a deep learning model.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심층 학습 모델을 기반으로 태양광 발전량을 계측하기 위한 방법은 열화상카메라부가 태양광셀어레이를 촬영하여 소정 시간 단위로 촬영된 복수의 프레임을 포함하는 열화상을 생성하는 단계와, 발전량예측망이 상기 열화상에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량을 예측한 발전량벡터를 산출하는 단계와, 효율추정망이 상기 열화상에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 대비 부하에 공급되는 전력량의 비율을 나타내는 발전 효율을 예측한 발전효율벡터를 산출하는 단계와, 통합예측망이 상기 발전량벡터와 상기 발전효율벡터로부터 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성되어 상기 부하에 제공되는 전력량을 예측한 실효발전량벡터를 산출하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, a method for measuring solar power generation based on a deep learning model according to a preferred embodiment of the present invention captures a solar cell array with a thermal imaging camera and captures a plurality of images taken at predetermined time units. The step of generating a thermal image including a frame, and the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array through a plurality of calculations to which weights learned between a plurality of layers are applied to the thermal image by the power generation prediction network. Calculating the predicted power generation vector, and the efficiency estimation network calculates the load versus the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array through a plurality of calculations in which weights learned between a plurality of layers are applied to the thermal image. Calculating a power generation efficiency vector that predicts power generation efficiency representing a ratio of the amount of power supplied; and an integrated prediction network is generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array from the power generation amount vector and the power generation efficiency vector and provided to the load. and calculating an effective power generation vector by predicting the amount of power to be generated.

상기 실효발전량벡터를 산출하는 단계는 상기 통합예측망이 상기 발전량벡터와 상기 발전효율벡터를 곱하여 가중벡터를 산출하는 단계와, 상기 통합예측망이 상기 발전량벡터, 상기 발전효율벡터 및 상기 가중벡터에 대해 학습된 가중치를 적용한 연산을 수행하여 상기 실효발전량벡터를 산출하는 단계를 포함한다. The step of calculating the effective power generation vector includes calculating a weight vector by the integrated prediction network multiplying the power generation vector and the power generation efficiency vector, and the integrated prediction network calculating the power generation vector, the power generation efficiency vector, and the weight vector. and calculating the effective power generation vector by performing an operation to which a learned weight is applied.

상기 열화상을 생성하는 단계 전, 학습부가 상기 열화상카메라부가 상기 태양광셀어레이를 촬영한 열화상으로부터 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량을 예측한 발전량벡터를 산출하도록 상기 발전량예측망을 개별적으로 학습시키고, 상기 발전량예측망을 학습시킨 동일한 열화상으로부터 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 대비 부하에 공급되는 전력량의 비율을 나타내는 발전 효율을 예측한 발전효율벡터를 산출하도록 상기 효율추정망을 개별적으로 학습시키는 단계와, 상기 학습부가 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 중 부하에 공급되는 전력량을 예측한 실효발전량을 산출하도록 상기 발전량예측망, 상기 효율추정망 및 상기 통합예측망을 통합하여 학습시키는 단계를 포함한다. Before the step of generating the thermal image, the learning unit calculates the power generation amount predicting the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array from the thermal image obtained by the thermal image camera unit. The power generation efficiency vector predicting the power generation efficiency representing the ratio of the amount of power supplied to the load to the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array from the same thermal image in which the network is individually learned and the power generation prediction network is learned individually learning the efficiency estimation network to calculate; and integrating and learning the efficiency estimation network and the integrated prediction network.

상기 통합하여 학습시키는 단계는 상기 학습부가 학습용 열화상을 마련하는 단계와, 상기 학습부가 상기 학습용 열화상을 촬영한 소정 단위 기간 동안 센서부를 통해 태양광셀어레이에서 출력되는 전력량인 발전량과, 부하에 입력되는 전력량인 실효발전량을 계측하고, 계측된 발전량 및 실효발전량을 학습용 열화상에 대한 레이블로 설정하는 단계와, 상기 학습부가 상기 발전량 및 상기 실효발전량을 기초로 발전 효율을 산출하고, 산출된 발전 효율을 실측발전효율벡터로 설정하는 단계와, 발전량예측망이 학습용 열화상에 대해 복수의 계층의 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 발전량벡터를 산출하는 단계와, 통합예측망이 발전량벡터 및 상기 실측발전효율벡터를 곱하여 가중벡터를 산출하고, 발전량벡터, 가중벡터 및 실측발전효율벡터로부터 실효발전량예측벡터를 산출하는 단계와, 상기 학습부가 상기 발전량벡터와 상기 발전량과의 차이인 발전량 손실과, 상기 실효발전량벡터와 상기 실효발전량과의 차이인 실효 발전량 손실을 포함하는 전체 손실이 최소가 되도록 상기 발전량예측망, 상기 효율추정망 및 상기 통합예측망의 가중치를 최적화하는 단계를 포함한다. The integrating and learning step includes the step of preparing the thermal image for learning by the learning unit, the generation amount, which is the amount of power output from the photovoltaic cell array through the sensor unit during a predetermined unit period during which the learning unit took the learning thermal image, and the input to the load. Measuring effective power generation, which is the amount of power to be generated, and setting the measured power generation and effective power generation as labels for a learning thermal image; setting as the actual power generation efficiency vector, calculating the power generation vector through a plurality of calculations in which weights of a plurality of layers are applied to the learning thermal image by the power generation prediction network, and the integrated prediction network calculating the power generation vector and the actual measurement Calculating a weight vector by multiplying the power generation efficiency vector and calculating an effective power generation prediction vector from the power generation vector, the weight vector, and the actually measured power generation efficiency vector; and optimizing weights of the power generation prediction network, the efficiency estimation network, and the integrated prediction network so that a total loss including an effective power generation loss, which is a difference between the effective power generation vector and the effective power generation, is minimized.

상기 가중치를 최적화하는 단계는 상기 학습부가 손실함수

Figure 112020122647121-pat00001
를 통해 상기 전체 손실이 최소가 되도록 상기 발전량예측망, 상기 효율추정망 및 상기 통합예측망의 가중치를 최적화하며, 상기 L은 상기 발전량벡터와 상기 발전량과의 차이를 나타내는 평균 제곱 오차 손실인 발전량 손실과, 상기 실효발전량벡터와 상기 실효발전량과의 차이를 나타내는 평균 제곱 오차 손실인 실효 발전량 손실을 포함하는 전체 손실이고, 상기 GC는 상기 발전량벡터이고, 상기 gc는 상기 발전량이고, 상기 EGC는 상기 실효발전량벡터이고, 상기 egc는 상기 실효발전량이고, 상기 N은 학습용 열화상의 프레임의 수이며, 상기 α는 발전량 손실에 대한 가중치이고, 상기 β는 실효 발전량 손실에 대한 가중치인 것을 특징으로 한다. Optimizing the weights is performed by the learning unit using a loss function
Figure 112020122647121-pat00001
Weights of the power generation prediction network, the efficiency estimation network, and the integrated prediction network are optimized so that the total loss is minimized through and an effective power generation loss, which is a mean square error loss representing a difference between the effective power generation vector and the effective power generation, wherein GC is the power generation vector, gc is the power generation, and EGC is the effective A power generation vector, egc is the effective power generation, N is the number of frames of a thermal image for learning, α is a weight for power generation loss, and β is a weight for effective power generation loss.

상기 실효발전량벡터를 산출하는 단계 후, 상태정보제공부가 센서부가 계측한 발전량 및 실효발전량을 입력받는 단계와, 상기 상태정보제공부가 상기 발전량 및 상기 실효발전량으로부터 발전 효율을 산출하는 단계와, 상기 상태정보제공부가 상기 발전량벡터, 상기 발전효율벡터 및 상기 실효발전량벡터와, 상기 발전량, 상기 발전 효율 및 상기 실효발전량을 비교하여 태양광발전시스템의 이상 여부를 확인하는 단계를 더 포함한다. After the step of calculating the effective power generation vector, the state information providing unit receiving the amount of power generation and the effective power generation measured by the sensor unit, the step of calculating the power generation efficiency from the power generation amount and the effective power generation amount by the state information providing unit, and The information providing unit may further include comparing the power generation amount vector, the power generation efficiency vector, and the effective power generation amount vector with the power generation amount, the power generation efficiency, and the effective power generation amount, and checking whether or not the photovoltaic power generation system is abnormal.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심층 학습 모델을 기반으로 태양광 발전량을 계측하기 위한 장치는 태양광셀어레이를 촬영하여 소정 시간 단위로 촬영된 복수의 프레임을 포함하는 열화상을 생성하는 열화상카메라부와, 상기 열화상에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량을 예측한 발전량벡터를 산출하는 발전량예측망과, 상기 열화상에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 대비 부하에 공급되는 전력량의 비율을 나타내는 발전 효율을 예측한 발전효율벡터를 산출하는 효율추정망과, 상기 발전량벡터와 상기 발전효율벡터로부터 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성되어 상기 부하에 제공되는 전력량을 예측한 실효발전량벡터를 산출하는 통합예측망을 포함한다. An apparatus for measuring solar power generation based on a deep learning model according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object is to photograph a solar cell array and include a plurality of frames photographed in units of predetermined time A power generation vector obtained by predicting the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array through a thermal imaging camera unit that generates a thermal image and a plurality of calculations to which weights learned between a plurality of layers are applied to the thermal image. It represents the ratio of the amount of power supplied to the load to the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array through a plurality of calculations in which the calculated generation amount prediction network and the weight learned between the plurality of layers are applied to the thermal image. An efficiency estimation network that calculates a power generation efficiency vector that predicts power generation efficiency, and an effective power generation vector that predicts the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array and provided to the load from the power generation vector and the power generation efficiency vector Includes an integrated prediction network that calculates

본 발명에 따르면, 심층 학습을 통해 심층신경망의 가중치를 최적화한 후, 심층신경망을 통해 태양광 발전량을 예측할 수 있다. 이에 따라, 실제 계측치와 비교하여 태양광발전시스템의 이상 여부를 확인할 수 있다. According to the present invention, after optimizing the weight of the deep neural network through deep learning, it is possible to predict the amount of solar power generation through the deep neural network. Accordingly, it is possible to check whether or not the photovoltaic system has an abnormality by comparing the measured value with the actual measured value.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 계측을 위한 계측장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 계측장치의 열화상카메라부의 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 계측장치의 계측부의 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 계측부의 통합예측망의 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 심층신경망을 학습하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 심층신경망에 대한 통합 학습을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 학습된 심층신경망을 이용하여 태양광 발전량을 계측하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 연산을 수행하는 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.
1 is a diagram for explaining the configuration of a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining the configuration of a measuring device for measuring sunlight according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a detailed configuration of a thermal imaging camera unit of a measuring device according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a detailed configuration of a measuring unit of a measuring device according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining a detailed configuration of an integrated prediction network of a measurement unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart for explaining a method for learning a deep neural network according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating integrated learning for a deep neural network according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of measuring solar power generation using a trained deep neural network according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a computing device that performs a computing operation according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Prior to the detailed description of the present invention, the terms or words used in this specification and claims described below should not be construed as being limited to a common or dictionary meaning, and the inventors should use their own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that it can be properly defined as a concept of a term for explanation. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical ideas of the present invention, so various equivalents that can replace them at the time of the present application. It should be understood that there may be water and variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. At this time, it should be noted that the same components in the accompanying drawings are indicated by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components in the accompanying drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated, and the size of each component does not entirely reflect the actual size.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전시스템의 구성에 대해서 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다. First, the configuration of a photovoltaic system according to an embodiment of the present invention will be described. 1 is a diagram for explaining the configuration of a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전시스템은 태양광셀어레이(SCA: Solar Cell Array), 접속함(JB: Junction Box), 인버터(IV: Inverter), 부하(Load) 및 계측장치(10)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention includes a solar cell array (SCA), a junction box (JB), an inverter (IV: inverter), a load, and It includes a measuring device (10).

태양광셀어레이(SCA)는 복수의 태양광셀(SC: Solar Cell)을 포함한다. 복수의 태양광셀(SC) 각각은 광기전 효과(photovoltaic effect)를 이용하여, 태양으로부터 오는 빛을 전기 에너지를 생산한다. The solar cell array (SCA) includes a plurality of solar cells (SC: Solar Cell). Each of the plurality of photovoltaic cells SC produces electrical energy from light coming from the sun by using a photovoltaic effect.

접속함(JB)은 복수의 태양광셀(SC)을 관리하고, 복수의 태양광셀(SC)이 생산한 전기 에너지인 직류 전류를 전달한다. The junction box JB manages a plurality of photovoltaic cells SC and transmits direct current, which is electrical energy produced by the plurality of photovoltaic cells SC.

인버터(IV)는 접속함으로부터 유입되는 진류전류를 교류전류로 변환하여 부하(L), 예컨대, 수용가로 출력한다. The inverter (IV) converts the current flowing in from the junction box into an alternating current and outputs it to a load (L), for example, a customer.

계측장치(10)는 태양광셀어레이(SCA)에 대해 지속적으로 열화상을 촬영하여 단위 기간 동안 촬영된 복수의 프레임을 포함하는 열화상을 통해 단위 기간 동안 태양광 발전을 통해 생성한 전력량을 예측한다. The measurement device 10 continuously takes thermal images of the solar cell array (SCA) and predicts the amount of power generated through photovoltaic power generation for a unit period through a thermal image including a plurality of frames captured during a unit period. .

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 계측을 위한 계측장치(10)의 구성에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 계측을 위한 계측장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 계측장치의 열화상카메라부의 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 계측장치의 계측부의 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 계측부의 통합예측망의 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다. Next, the configuration of the measuring device 10 for measuring sunlight according to an embodiment of the present invention will be described in detail. 2 is a diagram for explaining the configuration of a measuring device for measuring sunlight according to an embodiment of the present invention. 3 is a diagram for explaining a detailed configuration of a thermal imaging camera unit of a measuring device according to an embodiment of the present invention. 4 is a diagram for explaining a detailed configuration of a measuring unit of a measuring device according to an embodiment of the present invention. 5 is a diagram for explaining a detailed configuration of an integrated prediction network of a measurement unit according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 계측을 위한 계측장치(10)는 열화상카메라부(100), 계측부(200), 학습부(300), 센서부(400) 및 상태정보제공부(500)를 포함한다. First, referring to FIG. 2 , the measurement device 10 for measuring sunlight according to an embodiment of the present invention includes a thermal imaging camera unit 100, a measurement unit 200, a learning unit 300, and a sensor unit 400. and a state information providing unit 500 .

도 3을 참조하면, 열화상카메라부(100)는 태양광셀어레이(SCA)를 촬영하여 열화상을 출력하기 위한 것이다. 이러한 열화상카메라부(100)는 열화상렌즈(101), 열화상센서(102) 및 A/D컨버터(103: Analog to Digital Converter)를 포함한다. 그 밖에, 소정의 필터 등이 열화상카메라부(100)의 구성으로 더 포함될 수 있으며, 기구적으로, 열화상렌즈(101), 열화상센서(102) 및 A/D컨버터(103)는 액추에이터(actuator)를 포함하는 하우징 내에 장착되고, 이러한 액추에이터를 구동시키는 드라이버 등이 열화상카메라부(100)에 포함될 수 있지만, 발명의 요지를 명확하게 하기 위하여 그 도시 및 설명은 생략한다. 하지만, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 설명되지 않은 구성에 대한 설명 없이도 본 발명을 반복 실시할 수 있을 것이다. Referring to FIG. 3 , the thermal imaging camera unit 100 captures a solar cell array (SCA) and outputs a thermal image. The thermal imaging camera unit 100 includes a thermal imaging lens 101, a thermal imaging sensor 102, and an A/D converter (Analog to Digital Converter 103). In addition, a predetermined filter may be further included in the configuration of the thermal imaging camera unit 100, and mechanically, the thermal imaging lens 101, the thermal imaging sensor 102, and the A/D converter 103 are actuators A driver or the like mounted in a housing including an actuator and driving the actuator may be included in the thermal imaging camera unit 100, but illustration and description thereof are omitted to clarify the subject matter of the present invention. However, those skilled in the art will be able to repeatedly practice the present invention without explanation of non-described configurations.

열화상렌즈(101)는 열화상카메라부(100)에 입사되는 적외선이 열화상센서(102) 상에 초점이 맺히도록 한다. 적외선은 가시광선과 동일한 반사, 굴절, 전달 등의 광학적 특성을 가지고 있다. 그러나 일반적인 카메라의 광학장치, 즉 렌즈에 사용되는 유리는 그 소재가 적외선을 잘 통과시키지 못하므로 사용될 수 없다. 반대로, 적외선을 잘 통과시키는 소재는 가시광선을 잘 통과시키지 못한다. 따라서 열화상렌즈(101)는 그 소재로 규소(Si)와 게르마늄(Ge)을 사용하는 것이 바람직하다. 규소는 중간 파장대에 적합하며 게르마늄은 장파장 적외선에 적합하다. 열화상렌즈(101)에는 반사 방지 코팅이 이루어질 수 있다. The thermal imaging lens 101 focuses infrared rays incident on the thermal imaging camera unit 100 on the thermal imaging sensor 102 . Infrared light has the same optical properties as visible light, such as reflection, refraction, and transmission. However, glass used for a general optical device of a camera, that is, a lens, cannot be used because its material does not pass infrared rays well. Conversely, materials that pass infrared rays well do not pass visible rays well. Therefore, it is preferable to use silicon (Si) and germanium (Ge) as the material of the thermal imaging lens 101. Silicon is suitable for the mid-wavelength range, and germanium is suitable for the long-wavelength infrared. An antireflection coating may be applied to the thermal imaging lens 101 .

열화상센서(102)는 적외선 에너지의 크기를 감지하여, 그 값을 출력하기 위한 것이다. 열화상센서(102)는 열 센서(thermal detector)와 양자 센서(quantum detector)의 두 종류로 분류할 수 있다. 열 센서로는 대표적으로, 금속 또는 반도체를 소재로 제조되는 비냉각식 마이크로볼로미터(uncooled microbolometer)를 예시할 수 있다. 양자 센서는 InSb, InGaAs, PtSi, HgCdTe (MCT) 등으로 제조되며, GaAs/AlGaAs 층을 형성하여 QWIP(Quantum Well Infrared Photon) 센서를 구성한다. 양자 센서는 결정 내에 있는 전자의 상태가 입사 광자에 의하여 달라지는 현상을 기초로 한다. 양자 센서는 액화질소 또는 소형의 스털링 냉동냉각 장치를 사용하여 극저온까지 냉각시켜 주어야 하며, 이러한 냉각기를 포함한다. 열화상센서(102)는 일반적인 컬러 영상 카메라의 이미지 센서, 예컨대, CCD(charge-coupled device) 혹은 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)에 대응하는 구성이다. 일반 이미지 센서가 가시광선을 감지하는 반면, 열화상센서(102)는 적외선 파장을 감지할 수 있는 물질로 만들어지는 마이크로미터 단위 크기의 화소로 구성되는 초점면 배열체(FPA: focal plane array)이다. 열화상센서(102)인 FPA의 해상도는 160×120 화소(pixel)부터 1024×1024 화소(pixel)까지의 범위가 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. The thermal image sensor 102 detects the amount of infrared energy and outputs the value. The thermal image sensor 102 can be classified into two types: a thermal detector and a quantum detector. Representative examples of the thermal sensor include an uncooled microbolometer made of a metal or semiconductor material. Quantum sensors are made of InSb, InGaAs, PtSi, HgCdTe (MCT), etc., and a GaAs/AlGaAs layer is formed to form a QWIP (Quantum Well Infrared Photon) sensor. Quantum sensors are based on the phenomenon that the state of an electron in a crystal is changed by an incident photon. The quantum sensor must be cooled to extremely low temperatures using liquid nitrogen or a small Stirling freezer, including such a cooler. The thermal image sensor 102 is a component corresponding to an image sensor of a general color image camera, for example, a charge-coupled device (CCD) or a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS). While general image sensors detect visible light, the thermal image sensor 102 is a focal plane array (FPA) composed of micrometer-sized pixels made of a material capable of detecting infrared wavelengths. . The resolution of the FPA, which is the thermal image sensor 102, preferably ranges from 160×120 pixels to 1024×1024 pixels, but is not limited thereto.

다시 말하면, 열화상센서(102)는 적외선 파장대의 전자기파 복사를 감지하여, 적외선 에너지의 크기를 도출하고, 그 값을 출력한다. 이때, 열화상센서(102)는 FPA의 해상도에 따라 결정되는 각 화소별로 그 값을 출력한다. In other words, the thermal image sensor 102 detects electromagnetic radiation in an infrared wavelength range, derives the magnitude of infrared energy, and outputs the value. At this time, the thermal image sensor 102 outputs the value for each pixel determined according to the resolution of the FPA.

열화상카메라부(100)는 열화상렌즈(101) 및 열화상센서(102)의 사양에 따라 시야각(FOV)이 결정된다. 여기서, 시야각은 열화상카메라부(100)가 촬영할 수 있는 피사체 혹은 장면의 상하 및 좌우의 범위를 의미한다. 또한, 열화상센서(102)의 사양, 즉, 해상도에 따라 각 화소의 화소시야각(IFOV: Instantaneous Field of View)이 결정된다. 여기서, 화소시야각(IFOV)은 열화상센서(102)의 하나의 화소가 감지할 수 있는 피사체 혹은 장면의 상하 및 좌우의 범위를 의미한다. 본 발명의 실시예에서 열화상센서(102)의 하나의 화소를 '열화소'라고 칭하기로 한다. 또한 열화상센서(152)의 각 '열화소'에서 출력되는 적외선 에너지의 크기를 나타내는 값을 '열화소값'이라고 칭하기로 하며, 이러한 열화소값을 통해 구성되는 영상을 열화상이라고 칭하기로 한다. 또한, 열화상센서(152)가 출력하는 열화소값은 아날로그 신호이며, A/D컨버터(103)는 이러한 아날로그 신호인 열화소값을 디지털 신호로 변환하여 디지털 신호로 변환된 열화소값을 가지는 열화상(TII: Thermal infrared image)을 출력한다. The field of view (FOV) of the thermal imaging camera unit 100 is determined according to specifications of the thermal imaging lens 101 and the thermal imaging sensor 102 . Here, the field of view means a vertical and horizontal range of a subject or scene that can be photographed by the thermal imaging camera unit 100 . In addition, an Instantaneous Field of View (IFOV) of each pixel is determined according to the specifications of the thermal image sensor 102, that is, the resolution. Here, the pixel field of view (IFOV) means a vertical and horizontal range of a subject or scene that can be sensed by one pixel of the thermal image sensor 102 . In an embodiment of the present invention, one pixel of the thermal image sensor 102 will be referred to as a 'thermal pixel'. In addition, a value representing the amount of infrared energy output from each 'thermal pixel' of the thermal image sensor 152 will be referred to as a 'thermal pixel value', and an image formed through these thermal pixel values will be referred to as a thermal image. . In addition, the thermal pixel values output by the thermal image sensor 152 are analog signals, and the A/D converter 103 converts the thermal pixel values, which are analog signals, into digital signals to have the thermal pixel values converted into digital signals. Thermal infrared image (TII) is output.

도 4를 참조하면, 계측부(200)는 열화상카메라부(100)가 촬영한 열화상을 분석하여 발전량을 예측하기 위한 것이다. 이를 위하여, 계측부(200)는 발전량예측망(210), 효율추정망(220), 통합예측망(230)을 포함한다. 여기서, 발전량예측망(210), 효율추정망(220), 통합예측망(230) 각각은 심층학습모델(Deep learning Model)이며, 심층신경망(DNN: Deep Neural Network)으로 구성된다. 심층신경망(DNN)은 CNN(convolutional neural network), RNN(Recurrent Neural Network), LTSM(Long Short Term Memory model) 등을 예시할 수 있다. 발전량예측망(210), 효율추정망(220) 및 통합예측망(230) 각각은 복수의 계층으로 이루어지며, 복수의 계층 간은 가중치로 연결되며, 복수의 계층 각각은 복수의 연산을 포함한다. Referring to FIG. 4 , the measurement unit 200 analyzes a thermal image taken by the thermal imaging camera unit 100 to predict the amount of power generation. To this end, the measurement unit 200 includes a power generation prediction network 210, an efficiency estimation network 220, and an integrated prediction network 230. Here, each of the power generation prediction network 210, the efficiency estimation network 220, and the integrated prediction network 230 is a deep learning model and is composed of a deep neural network (DNN). A deep neural network (DNN) may include a convolutional neural network (CNN), a recurrent neural network (RNN), a long short term memory model (LTSM), and the like. Each of the power generation prediction network 210, the efficiency estimation network 220, and the integrated prediction network 230 is composed of a plurality of layers, and the plurality of layers are connected by weights, and each of the plurality of layers includes a plurality of operations. .

발전량예측망(210)은 열화상카메라부(100)가 태양광셀어레이(SCA)를 소정 기간 촬영한 복수의 프레임을 포함하는 열화상으로부터 해당 기간 동안의 태양광 발전량을 예측하는 발전량벡터(GC)를 산출한다. 발전량벡터(GC)는 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성되어 접속함(JB)에 입력되는 전력량을 예측한 것이다. The power generation prediction network 210 generates a power generation vector (GC) for estimating the solar power generation for a corresponding period from a thermal image including a plurality of frames in which the thermal imaging camera unit 100 captures the solar cell array (SCA) for a predetermined period. yields The generation amount vector (GC) is generated by photovoltaic power generation of the solar cell array (SCA) and predicts the amount of power input to the junction box (JB).

효율추정망(220)은 열화상카메라부(100)가 태양광셀어레이(SCA)를 소정 기간 촬영한 복수의 프레임을 포함하는 열화상으로부터 해당 기간 동안의 태양광 발전의 발전 효율을 추정하는 발전효율벡터(EF)를 산출한다. The efficiency estimation network 220 estimates the power generation efficiency of photovoltaic power generation for a corresponding period from a thermal image including a plurality of frames captured by the thermal imaging camera unit 100 of the solar cell array (SCA) for a predetermined period of time. Calculate the vector (EF).

통합예측망(230)은 발전량예측망(210)으로부터 입력되는 발전량벡터(GC) 및 효율추정망(220)으로부터 입력되는 발전효율벡터(EF)를 기초로 소정 기간 동안의 태양광 발전의 태양광 발전량의 실효치를 예측하는 실효발전량벡터(EGC)을 산출한다. 실효발전량벡터(EGC)는 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성되어 접속함(JB) 및 인버터(IV)를 거쳐 부하(L)에 제공되는 전력량을 예측한 것이다. The integrated forecasting network 230 is based on the power generation vector (GC) input from the power generation prediction network 210 and the power generation efficiency vector (EF) input from the efficiency estimation network 220. An effective power generation vector (EGC) predicting an effective value of power generation is calculated. The effective power generation vector (EGC) is generated by photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array (SCA) and predicts the amount of power provided to the load (L) via the junction box (JB) and the inverter (IV).

이에 따라, 발전 효율은 다음의 수학식 1에 따라 산출될 수 있다. Accordingly, power generation efficiency may be calculated according to Equation 1 below.

Figure 112020122647121-pat00002
Figure 112020122647121-pat00002

수학식 1에서, ef는 발전 효율을 나타내며, gc는 발전량을 나타내고, egc는 실효발전량을 나타낸다. In Equation 1, ef denotes power generation efficiency, gc denotes power generation amount, and egc denotes effective power generation amount.

다른 말로, 본 발명의 실시예에 따른 발전효율벡터(EF)는 수학식 1에 따른 발전 효율을 추정한 것이다. In other words, the power generation efficiency vector (EF) according to an embodiment of the present invention is an estimation of the power generation efficiency according to Equation 1.

한편, 도 5를 참조하면, 통합예측망(230)은 곱셈기(231), 병합층(232) 및 출력층(233)을 포함한다. Meanwhile, referring to FIG. 5 , the integrated predictive network 230 includes a multiplier 231 , a merging layer 232 and an output layer 233 .

곱셈기(231)는 발전량벡터(GC) 및 발전효율벡터(EF)를 곱하여 가중벡터(WV)를 산출한다(GC × EF = WV). The multiplier 231 calculates a weight vector (WV) by multiplying the generation amount vector (GC) and the generation efficiency vector (EF) (GC × EF = WV).

이에 따라, 병합층(232)은 발전량벡터(GC), 가중벡터(WV) 및 발전효율벡터(EF)를 입력받을 수 있다. 이에 따라, 출력층(233)은 발전량벡터(GC), 가중벡터(WV) 및 발전효율벡터(EF)에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성되어 접속함(JB) 및 인버터(IV)를 거쳐 부하(L)에 제공되는 전력량을 예측한 실효발전량벡터(EGC)를 산출한다. Accordingly, the merging layer 232 may receive the power generation amount vector GC, the weight vector WV, and the power generation efficiency vector EF. Accordingly, the output layer 233 performs a plurality of calculations in which weights learned between a plurality of layers are applied to the power generation amount vector (GC), weight vector (WV), and power generation efficiency vector (EF), thereby generating the solar cell array (SCA). An effective power generation vector (EGC) is calculated by estimating the amount of power generated by photovoltaic power generation and supplied to the load (L) through the junction box (JB) and the inverter (IV).

다시, 도 2를 참조하면, 학습부(300)는 발전량예측망(210), 효율추정망(220) 및 통합예측망(230)을 심층 학습(Deep Learning)시키기 위한 것이다. 이를 위하여, 학습부(300)는 우선, 발전량예측망(210) 및 효율추정망(220) 각각을 개별적으로 학습시키는 개별 학습을 수행한 후, 발전량예측망(210), 효율추정망(220) 및 통합예측망(230) 전체를 통합하여 학습시키는 통합 학습을 수행한다. Again, referring to FIG. 2 , the learning unit 300 is for deep learning the generation amount prediction network 210, the efficiency estimation network 220, and the integrated prediction network 230. To this end, the learning unit 300 first performs individual learning to individually learn each of the power generation prediction network 210 and the efficiency estimation network 220, and then the power generation prediction network 210 and the efficiency estimation network 220 and integrated learning to integrate and learn the entire integrated prediction network 230.

개별 학습 시, 학습부(300)는 열화상카메라부(100)가 태양광셀어레이(SCA)를 촬영한 열화상으로부터 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성된 전력량을 예측한 발전량벡터(GC)를 산출하도록 발전량예측망(210)을 학습시킬 수 있다. 또한, 개별 학습 시, 학습부(300)는 열화상카메라부(100)가 태양광셀어레이(SCA)를 촬영한 열화상으로부터 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 대비 실제 부하(L)에 공급되는 전력량의 비율을 나타내는 발전 효율을 예측한 발전효율벡터(EF)를 산출하도록 효율추정망(220)을 학습시킬 수 있다. During individual learning, the learning unit 300 predicts the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the solar cell array (SCA) from the thermal image captured by the thermal imaging camera unit 100 of the solar cell array (SCA), a power generation amount vector. The power generation prediction network 210 may be trained to calculate (GC). In addition, during individual learning, the learning unit 300 compares the actual load to the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the solar cell array (SCA) from the thermal image taken by the thermal imaging camera unit 100 of the solar cell array (SCA). The efficiency estimation network 220 may be trained to calculate a power generation efficiency vector EF, which predicts the power generation efficiency representing the ratio of the amount of power supplied to (L).

통합 학습 시, 학습부(300)는 발전량예측망(210), 효율추정망(220) 및 통합예측망(230)이 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 중 실제 부하(L)에 공급되는 전력량을 예측한 실효발전량(EGC)를 산출하도록 발전량예측망(210), 효율추정망(220) 및 통합예측망(230)을 통합하여 학습시킬 수 있다. At the time of integrated learning, the learning unit 300 uses the power generation prediction network 210, the efficiency estimation network 220, and the integrated prediction network 230 to generate the actual load ( The power generation prediction network 210, the efficiency estimation network 220, and the integrated prediction network 230 may be integrated and trained to calculate the effective generation amount (EGC) by predicting the amount of power supplied to L).

센서부(400)는 전력량을 측정하기 위한 것이다. 이를 위하여, 센서부(400)는 제1 센서(401) 및 제2 센서(402)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 센서(401)는 태양광셀어레이(SCA)의 출력단에 설치되며, 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성된 전력량인 발전량(gc)을 계측할 수 있다. 또한, 제2 센서(402)는 부하(L)의 입력단에 설치되며, 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성된 전력량이 실제 부하(L)에 공급되는 전력량인 실효발전량(egc)을 계측할 수 있다. The sensor unit 400 is for measuring the amount of power. To this end, the sensor unit 400 includes a first sensor 401 and a second sensor 402 . As shown in FIG. 1, the first sensor 401 is installed at the output terminal of the solar cell array (SCA), and measures the power generation amount (gc), which is the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the solar cell array (SCA). can In addition, the second sensor 402 is installed at the input terminal of the load (L), and the amount of power generated by photovoltaic power generation of the solar cell array (SCA) is the amount of power actually supplied to the load (L), which is the effective power generation amount (egc) can be measured.

상태정보제공부(500)는 태양광발전시스템의 이상 여부를 확인하기 위한 것이다. 상태정보제공부(500)는 센서부(400)로부터 계측된 발전량(gc) 및 실효발전량(egc)을 입력받고, 발전량(gc) 및 실효발전량(egc)을 기초로 발전 효율(ef)을 산출한 후, 계측부(200)가 도출한 발전량벡터(GC), 발전효율벡터(EF) 및 실효발전량벡터(EGC)와, 계측된 발전량(gc), 산출된 발전 효율(ef) 및 계측된 실효발전량(egc)을 비교하여 태양광발전시스템의 이상 여부를 확인할 수 있다. The status information providing unit 500 is for checking whether or not the photovoltaic system is abnormal. The state information providing unit 500 receives the amount of power generation gc and the amount of effective power generation egc measured by the sensor unit 400, and calculates the power generation efficiency ef based on the amount of power generation gc and the amount of effective power generation egc. After that, the power generation vector (GC), power generation efficiency vector (EF), and effective power generation vector (EGC) derived by the measurement unit 200, the measured power generation (gc), the calculated power generation efficiency (ef), and the measured effective power generation (egc) can be compared to check whether the photovoltaic system is abnormal.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 심층 학습 모델을 기반으로 태양광 발전량을 계측하기 위한 장치 및 이를 위한 방법에 대해서 설명하기로 한다. 이러한 심층 학습 모델을 기반으로 태양광 발전량을 계측하기 위해 심층신경망(210, 220, 230)에 대한 심층 학습(Deep Leaning)이 선행되어야 한다. 이러한 학습 방법(Deep Leaning)에 대해 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 심층신경망(210, 220, 230)을 학습하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. Next, an apparatus and method for measuring solar power generation based on a deep learning model according to an embodiment of the present invention will be described. In order to measure solar power generation based on this deep learning model, deep learning of the deep neural networks 210, 220, and 230 must be preceded. This learning method (deep leaning) will be described. 6 is a flowchart for explaining a method of learning deep neural networks 210, 220, and 230 according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 학습부(300)는 S110 단계에서 발전량예측망(210) 및 효율추정망(220) 각각을 따로 학습시키는 개별 학습을 수행한다. 이러한 개별 학습 시, 학습부(300)가 열화상카메라부(100)가 태양광셀어레이(SCA)를 촬영한 열화상으로부터 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성된 전력량을 예측한 발전량벡터(GC)를 산출하도록 발전량예측망(210)을 개별적으로 학습시키고, 발전량예측망(210)을 학습시킨 동일한 열화상으로부터 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 대비 실제 부하(L)에 공급되는 전력량의 비율을 나타내는 발전 효율을 예측한 발전효율벡터(EF)를 산출하도록 효율추정망(220)을 학습시킬 수 있다. Referring to FIG. 6 , the learning unit 300 performs individual learning in step S110 in which each of the power generation prediction network 210 and the efficiency estimation network 220 is separately trained. During this individual learning, the learning unit 300 predicts the amount of electricity generated by the solar power of the solar cell array (SCA) from the thermal image captured by the thermal imaging camera unit 100. The power generation prediction network 210 is individually trained to calculate the vector GC, and the actual load compared to the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the solar cell array (SCA) from the same thermal image on which the power generation prediction network 210 is trained. The efficiency estimation network 220 may be trained to calculate a power generation efficiency vector EF, which predicts the power generation efficiency representing the ratio of the amount of power supplied to (L).

다음으로, 학습부(300)는 S120 단계에서 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 중 실제 부하(L)에 공급되는 전력량을 예측한 실효발전량(EGC)을 산출하도록 발전량예측망(210), 효율추정망(220) 및 통합예측망(230)을 통합하여 학습시킬 수 있다. Next, the learning unit 300 predicts the amount of power generation to calculate the effective power generation amount (EGC) by predicting the amount of power supplied to the actual load (L) among the amount of power generated by photovoltaic power generation of the solar cell array (SCA) in step S120. The network 210, the efficiency estimation network 220, and the integrated prediction network 230 can be integrated and trained.

그러면, 전술한 통합 학습(S120)에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 심층신경망에 대한 통합 학습을 설명하기 위한 흐름도이다. Then, the above-described integrated learning (S120) will be described in more detail. 7 is a flowchart illustrating integrated learning for a deep neural network according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 학습부(300)는 S210 단계에서 학습용 열화상을 마련한다. 학습용 열화상은 열화상카메라부(100)를 통해 소정 단위 기간 동안 태양광셀어레이(SCA)를 촬영한 복수의 프레임을 포함한다. 이어서, 학습부(300)는 S220 단계에서 학습용 열화상을 촬영한 소정 단위 기간 동안 제1 센서(401) 및 제2 센서(402)를 통해 태양광셀어레이(SCA)에서 출력되는 전력량인 발전량과, 부하(L)에 입력되는 전력량인 실효발전량을 계측하고, 계측된 발전량(gc) 및 실효발전량(egc)을 학습용 열화상에 대한 레이블로 설정한다. 즉, 계측된 발전량(gc)을 발전량 레이블로 설정하고, 계측된 실효발전량(egc)를 실효 발전량 레이블로 설정한다. 그런 다음, 학습부(300)는 S230 단계에서 앞서 계측된 발전량(gc) 및 실효발전량(egc)을 기초로 수학식 1에 따라 발전 효율(ef)을 산출하고, 산출된 발전 효율(ef)을 실측발전효율벡터(GTEF)로 설정한다. Referring to FIG. 7 , the learning unit 300 prepares a thermal image for learning in step S210. The thermal image for learning includes a plurality of frames obtained by photographing the solar cell array (SCA) for a predetermined unit period through the thermal imaging camera unit 100 . Next, the learning unit 300 determines the amount of electricity generated from the solar cell array (SCA) through the first sensor 401 and the second sensor 402 during a predetermined unit period during which the thermal image for learning was taken in step S220, The amount of power input to the load (L), the effective power generation, is measured, and the measured power generation (gc) and effective power generation (egc) are set as labels for the thermal image for training. That is, the measured generation amount gc is set as the generation amount label, and the measured effective generation amount egc is set as the effective generation amount label. Then, the learning unit 300 calculates the power generation efficiency (ef) according to Equation 1 based on the power generation amount (gc) and the effective power generation amount (egc) previously measured in step S230, and calculates the power generation efficiency (ef) Set as the actual power generation efficiency vector (GTEF).

그런 다음, 학습부(300)는 S240 단계에서 학습용 열화상을 계측부(200)에 입력한다. 그러면, 계측부(200)의 발전량예측망(210)은 S250 단계에서 학습용 열화상에 대해 복수의 계층의 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 발전량벡터(GC)를 산출한다. Then, the learning unit 300 inputs the thermal image for learning to the measurement unit 200 in step S240. Then, the power generation prediction network 210 of the measuring unit 200 calculates the power generation vector GC through a plurality of calculations to which weights of a plurality of layers are applied to the training thermal image in step S250.

이어서, 학습부(300)는 S260 단계에서 실측발전효율벡터(GTEF)를 통합예측망(230)에 입력한다. 그러면, 통합예측망(230)은 S270 단계에서 발전량벡터(GC) 및 실측발전효율벡터(GTEF)를 곱하여 가중벡터(WV)를 산출하고, S280 단계에서 발전량벡터(GC), 가중벡터(WV) 및 실측발전효율벡터(GTEF)로부터 실효발전량예측벡터(EGC)를 산출한다. Subsequently, the learning unit 300 inputs the measured power generation efficiency vector (GTEF) to the integrated prediction network 230 in step S260. Then, the integrated prediction network 230 calculates the weight vector (WV) by multiplying the power generation vector (GC) and the actual power generation efficiency vector (GTEF) in step S270, and generates the power vector (GC) and weight vector (WV) in step S280 and an effective power generation prediction vector (EGC) is calculated from the actually measured power generation efficiency vector (GTEF).

그러면, 학습부(300)는 S290 단계에서 산출된 발전량벡터(GC)와 계측된 발전량(gc)과의 차이인 발전량 손실과, 산출된 실효발전량벡터(EGC)와 계측된 실효발전량(egc)과의 차이인 실효 발전량 손실을 포함하는 전체 손실이 최소가 되도록 발전량예측망(210), 효율추정망(220) 및 통합예측망(230)의 가중치를 최적화한다. Then, the learning unit 300 calculates the power generation loss, which is the difference between the power generation vector (GC) calculated in step S290 and the measured power generation (gc), the calculated effective power generation vector (EGC) and the measured effective power generation (egc) The weights of the power generation prediction network 210, the efficiency estimation network 220, and the integrated prediction network 230 are optimized so that the total loss including the effective power generation loss, which is the difference between , is minimized.

이때, 학습부(300)는 다음의 수학식 2와 같은 손실함수를 통해 전체 손실이 최소가 되도록 발전량예측망(210), 효율추정망(220) 및 통합예측망(230)의 가중치를 최적화한다. At this time, the learning unit 300 optimizes the weights of the generation amount prediction network 210, the efficiency estimation network 220, and the integrated prediction network 230 so that the total loss is minimized through a loss function such as Equation 2 below. .

Figure 112020122647121-pat00003
Figure 112020122647121-pat00003

수학식 2에서, L은 산출된 발전량벡터(GC)와 계측된 발전량(gc)과의 차이를 나타내는 평균 제곱 오차 손실인 발전량 손실과, 산출된 실효발전량벡터(EGC)와 계측된 실효발전량(egc)과의 차이를 나타내는 평균 제곱 오차 손실인 실효 발전량 손실을 포함하는 전체 손실을 나타낸다. 수학식 2에서, GC는 산출된 발전량벡터이고, gc는 계측된 발전량이다. 또한, EGC는 산출된 실효발전량벡터이고, egc는 계측된 실효발전량이다. 여기서, N은 학습용 열화상의 프레임의 수이며, α는 발전량 손실에 대한 가중치이고, β는 실효 발전량 손실에 대한 가중치이다. 이러한 발전량 손실에 대한 가중치 α 및 실효 발전량 손실에 대한 가중치 β는 미리 설정될 수 있다. In Equation 2, L is the power generation loss, which is the mean square error loss representing the difference between the calculated power generation vector (GC) and the measured power generation (gc), and the calculated effective power generation vector (EGC) and the measured effective power generation (egc ) represents the total loss including the effective power generation loss, which is the mean square error loss representing the difference from In Equation 2, GC is the calculated generation amount vector, and gc is the measured generation amount. In addition, EGC is the calculated effective power generation vector, and egc is the measured effective power generation amount. Here, N is the number of frames of the thermal image for training, α is a weight for loss in power generation, and β is a weight for loss in effective power generation. The weight α for the loss of power generation and the weight β for the loss of effective power generation may be set in advance.

전술한 바와 같이, 학습이 완료되면, 학습된 심층신경망을 이용하여 태양광 발전량을 계측할 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 학습된 심층신경망을 이용하여 태양광 발전량을 계측하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. As described above, when learning is completed, the amount of photovoltaic power generation can be measured using the learned deep neural network. 8 is a flowchart illustrating a method of measuring solar power generation using a trained deep neural network according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 열화상카메라부(100)는 S310 단계에서 복수의 태양광셀(SC: Solar Cell)을 포함하는 태양광셀어레이(SCA: Solar Cell Array)를 촬영하고, S320 단계에서 소정 시간 단위로 촬영된 복수의 프레임을 포함하는 열화상(TII)을 계측부(200)에 입력한다. Referring to FIG. 8 , the thermal imaging camera unit 100 photographs a Solar Cell Array (SCA) including a plurality of solar cells (SC) in step S310, and takes a predetermined time unit in step S320. A thermal image (TII) including a plurality of frames photographed is input to the measuring unit 200 .

계측부(200)의 발전량예측망(210)은 S330 단계에서 열화상에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성된 전력량을 예측한 발전량벡터(GC)를 산출한다. 이와 함께 병렬적으로 계측부(200)의 효율추정망(220)은 S340 단계에서 열화상에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 대비 실제 부하(L)에 공급되는 전력량의 비율을 나타내는 발전 효율을 예측한 발전효율벡터(EF)를 산출한다. The power generation prediction network 210 of the measurement unit 200 measures the amount of power generated by photovoltaic power generation of the solar cell array (SCA) through a plurality of calculations to which weights learned between a plurality of layers are applied to the thermal image in step S330. Calculate the predicted power generation vector (GC). In parallel with this, the efficiency estimation network 220 of the measurement unit 200 performs a plurality of calculations in which weights learned between a plurality of layers are applied to the thermal image in step S340 to generate solar power of the solar cell array (SCA). Calculate a power generation efficiency vector (EF) predicting the power generation efficiency representing the ratio of the amount of power supplied to the actual load (L) to the amount of power generated by

다음으로, 계측부(200)의 통합예측망(230)은 S350 단계에서 곱셈기(231)를 통해 발전량벡터(GC)와 발전효율벡터(EF)를 곱하여 가중벡터(WV)를 산출한다(GC×EF=WV). 이어서, 통합예측망(230)은 S360 단계에서 발전량벡터(GC), 발전효율벡터(EF) 및 가중벡터(WV)에 대해 학습된 가중치를 적용한 연산을 수행하여 태양광셀어레이(SCA)의 태양광발전에 의해 생성되어 부하(L)에 제공되는 전력량을 예측한 실효발전량벡터(EGC)를 산출한다. Next, the integrated prediction network 230 of the measuring unit 200 multiplies the power generation vector (GC) and the power generation efficiency vector (EF) through the multiplier 231 in step S350 to calculate the weight vector (WV) (GC × EF =WV). Subsequently, the integrated prediction network 230 performs an operation in which the learned weights are applied to the generation amount vector (GC), the generation efficiency vector (EF) and the weight vector (WV) in step S360 to obtain the sunlight of the solar cell array (SCA). An effective generation amount vector (EGC) estimating the amount of power generated by power generation and provided to the load (L) is calculated.

이때, 통합예측망(230)의 병합층(232)은 발전량벡터(GC), 발전효율벡터(EF) 및 가중벡터(WV)를 입력받고, 발전량벡터(GC), 발전효율벡터(EF) 및 가중벡터(WV)에 대해 학습된 가중치를 적용하여 출력층(233)에 입력한다. 그러면, 통합예측망(230)의 병합층(232)은 학습된 가중치를 적용된 발전량벡터(GC), 발전효율벡터(EF) 및 가중벡터(WV)에 대해 활성화함수를 통한 연산을 수행하여 실효발전량벡터(EGC)를 산출한다. At this time, the merging layer 232 of the integrated prediction network 230 receives the power generation vector (GC), power generation efficiency vector (EF) and weight vector (WV), and generates the power generation vector (GC), power generation efficiency vector (EF) and The learned weight is applied to the weight vector (WV) and inputted to the output layer 233. Then, the merging layer 232 of the integrated prediction network 230 performs an operation through an activation function on the power generation vector (GC), the power generation efficiency vector (EF), and the weight vector (WV) to which the learned weights are applied, thereby calculating the effective power generation Calculate the vector (EGC).

이에 따라, 계측부(200)는 전술한 방법에 따라 산출된 발전량벡터(GC), 발전효율벡터(EF) 및 실효발전량벡터(EGC)를 상태정보제공부(500)에 제공하며, 상태정보제공부(500)는 S370 단계에서 센서부(400)로부터 태양광셀어레이(SCA)이가 촬영된 기간에 계측된 발전량(gc) 및 실효발전량(egc)을 입력받고, 수학식 1에 따라 발전 효율(ef)을 산출한 후, 계측부(200)로부터 입력된 발전량벡터(GC), 발전효율벡터(EF) 및 실효발전량벡터(EGC)와, 계측된 발전량(gc), 산출된 발전 효율(ef) 및 계측된 실효발전량(egc)을 비교하여 태양광발전시스템의 이상 여부를 확인한다. Accordingly, the measuring unit 200 provides the power generation vector (GC), power generation efficiency vector (EF), and effective power generation vector (EGC) calculated according to the above method to the state information providing unit 500, and the state information providing unit 500 receives the amount of power generation (gc) and the amount of effective power generation (egc) measured during the period in which the photovoltaic cell array (SCA) was photographed from the sensor unit 400 in step S370, and generates power generation efficiency (ef) according to Equation 1 After calculating , the power generation vector (GC), power generation efficiency vector (EF), and effective power generation vector (EGC) input from the measurement unit 200, the measured power generation amount (gc), the calculated power generation efficiency (ef), and the measured Compare the effective power generation (egc) to check whether there is an abnormality in the photovoltaic power generation system.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 연산을 수행하는 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 9의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 장치(예, 계측장치(10) 등) 일 수 있다. 9 is a diagram illustrating a computing device that performs a computing operation according to an embodiment of the present invention. The computing device TN100 of FIG. 9 may be a device described in this specification (eg, the measuring device 10, etc.).

도 9의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다. In the embodiment of FIG. 9 , the computing device TN100 may include at least one processor TN110, a transceiver TN120, and a memory TN130. In addition, the computing device TN100 may further include a storage device TN140, an input interface device TN150, and an output interface device TN160. Elements included in the computing device TN100 may communicate with each other by being connected by a bus TN170.

프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다. The processor TN110 may execute program commands stored in at least one of the memory TN130 and the storage device TN140. The processor TN110 may mean a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed. Processor TN110 may be configured to implement procedures, functions, methods, and the like described in relation to embodiments of the present invention. The processor TN110 may control each component of the computing device TN100.

메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. Each of the memory TN130 and the storage device TN140 may store various information related to the operation of the processor TN110. Each of the memory TN130 and the storage device TN140 may include at least one of a volatile storage medium and a non-volatile storage medium. For example, the memory TN130 may include at least one of read only memory (ROM) and random access memory (RAM).

송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다. The transmitting/receiving device TN120 may transmit or receive a wired signal or a wireless signal. The transmitting/receiving device TN120 may perform communication by being connected to a network.

한편, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터수단을 통하여 판독 가능한 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. On the other hand, the method according to the embodiment of the present invention described above may be implemented in the form of a program readable by various computer means and recorded on a computer-readable recording medium. Here, the recording medium may include program commands, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the recording medium may be those specially designed and configured for the present invention, or those known and usable to those skilled in computer software. For example, recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks ( It includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media and ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of the program command may include a high-level language that can be executed by a computer using an interpreter, as well as a machine language generated by a compiler. These hardware devices may be configured to act as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다. The present invention has been described above using several preferred examples, but these examples are illustrative and not limiting. As such, those skilled in the art to which the present invention belongs will understand that various changes and modifications can be made according to the doctrine of equivalents without departing from the spirit of the present invention and the scope of rights set forth in the appended claims.

10: 계측장치
100: 열화상카메라부
101: 열화상렌즈
102: 열화상센서
103: A/D컨버터
200: 계측부
210: 발전량예측망
220: 효율추정망
230: 통합예측망
231: 곱셈기
232: 병합층
233: 출력층
300: 학습부
400: 센서부
401: 제1 센서
402: 제2 센서
500: 상태정보제공부
10: measuring device
100: thermal imaging camera unit
101: thermal imaging lens
102: thermal image sensor
103: A/D converter
200: measurement unit
210: power generation prediction network
220: efficiency estimation network
230: integrated prediction network
231: multiplier
232 merge layer
233: output layer
300: learning unit
400: sensor unit
401: first sensor
402: second sensor
500: state information provision unit

Claims (7)

심층 학습 모델을 기반으로 태양광 발전량을 계측하기 위한 방법에 있어서,
열화상카메라부가 태양광셀어레이를 촬영하여 소정 시간 단위로 촬영된 복수의 프레임을 포함하는 열화상을 생성하는 단계;
발전량예측망이 상기 열화상에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량을 예측한 발전량벡터를 산출하는 단계;
효율추정망이 상기 열화상에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 대비 부하에 공급되는 전력량의 비율을 나타내는 발전 효율을 예측한 발전효율벡터를 산출하는 단계; 및
통합예측망이 상기 발전량벡터와 상기 발전효율벡터로부터 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성되어 상기 부하에 제공되는 전력량을 예측한 실효발전량벡터를 산출하는 단계;
를 포함하며,
상기 열화상을 생성하는 단계 전,
학습부가 상기 열화상카메라부가 상기 태양광셀어레이를 촬영한 열화상으로부터 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량을 예측한 발전량벡터를 산출하도록 상기 발전량예측망을 개별적으로 학습시키고,
상기 발전량예측망을 학습시킨 동일한 열화상으로부터 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 대비 부하에 공급되는 전력량의 비율을 나타내는 발전 효율을 예측한 발전효율벡터를 산출하도록 상기 효율추정망을 개별적으로 학습시키는 단계; 및
상기 학습부가 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 중 부하에 공급되는 전력량을 예측한 실효발전량을 산출하도록 상기 발전량예측망, 상기 효율추정망 및 상기 통합예측망을 통합하여 학습시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는
태양광 발전량을 계측하기 위한 방법.
In the method for measuring solar power generation based on a deep learning model,
generating a thermal image including a plurality of frames photographed at predetermined time units by photographing the solar cell array by a thermal imaging camera;
Calculating a power generation vector predicting the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array through a plurality of calculations to which weights learned between a plurality of layers are applied to the thermal image by a power generation prediction network;
The efficiency estimation network calculates the power generation efficiency representing the ratio of the amount of power supplied to the load to the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array through a plurality of operations in which weights learned between a plurality of layers are applied to the thermal image. Calculating a predicted generation efficiency vector; and
calculating, by an integrated prediction network, an effective power generation vector that predicts the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array and provided to the load from the power generation vector and the power generation efficiency vector;
Including,
Before the step of generating the thermal image,
The learning unit individually learns the power generation prediction network so that the thermal image camera unit calculates a power generation vector predicting the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array from the thermal image taken by the photovoltaic cell array,
The efficiency estimation network calculates a power generation efficiency vector that predicts the power generation efficiency representing the ratio of the amount of power supplied to the load to the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array from the same thermal image on which the power generation prediction network has been trained. learning individually; and
Integrating and learning the power generation prediction network, the efficiency estimation network, and the integrated prediction network so that the learning unit calculates the effective power generation by predicting the amount of power supplied to the load among the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array ;
characterized in that it includes
A method for measuring solar power generation.
제1항에 있어서,
상기 실효발전량벡터를 산출하는 단계는
상기 통합예측망이 상기 발전량벡터와 상기 발전효율벡터를 곱하여 가중벡터를 산출하는 단계; 및
상기 통합예측망이 상기 발전량벡터, 상기 발전효율벡터 및 상기 가중벡터에 대해 학습된 가중치를 적용한 연산을 수행하여 상기 실효발전량벡터를 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는
태양광 발전량을 계측하기 위한 방법.
According to claim 1,
The step of calculating the effective power generation vector
calculating, by the integrated prediction network, a weight vector by multiplying the power generation amount vector and the power generation efficiency vector; and
calculating, by the integrated prediction network, the effective power generation vector by performing an operation in which learned weights are applied to the power generation vector, the power generation efficiency vector, and the weight vector;
characterized in that it includes
A method for measuring solar power generation.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 통합하여 학습시키는 단계는
상기 학습부가 학습용 열화상을 마련하는 단계;
상기 학습부가 상기 학습용 열화상을 촬영한 소정 단위 기간 동안 센서부를 통해 태양광셀어레이에서 출력되는 전력량인 발전량과, 부하에 입력되는 전력량인 실효발전량을 계측하고, 계측된 발전량 및 실효발전량을 학습용 열화상에 대한 레이블로 설정하는 단계;
상기 학습부가 상기 발전량 및 상기 실효발전량을 기초로 발전 효율을 산출하고, 산출된 발전 효율을 실측발전효율벡터로 설정하는 단계;
발전량예측망이 학습용 열화상에 대해 복수의 계층의 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 발전량벡터를 산출하는 단계;
통합예측망이 발전량벡터 및 상기 실측발전효율벡터를 곱하여 가중벡터를 산출하고, 발전량벡터, 가중벡터 및 실측발전효율벡터로부터 실효발전량예측벡터를 산출하는 단계;
상기 학습부가 상기 발전량벡터와 상기 발전량과의 차이인 발전량 손실과, 상기 실효발전량벡터와 상기 실효발전량과의 차이인 실효 발전량 손실을 포함하는 전체 손실이 최소가 되도록 상기 발전량예측망, 상기 효율추정망 및 상기 통합예측망의 가중치를 최적화하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는
태양광 발전량을 계측하기 위한 방법.
According to claim 1,
The step of integrating and learning
preparing a thermal image for learning by the learning unit;
The learning unit measures the amount of power generation, which is the amount of power output from the solar cell array, and the amount of effective power generation, which is the amount of power input to the load, through the sensor unit during a predetermined unit period when the learning thermal image is captured, and the measured power generation amount and effective power generation amount are converted into thermal images for learning. Setting as a label for;
calculating power generation efficiency based on the amount of power generation and the amount of effective power generation by the learning unit, and setting the calculated power generation efficiency as an actual power generation efficiency vector;
Calculating a power generation vector through a plurality of calculations to which weights of a plurality of layers are applied to a training thermal image by a power generation prediction network;
calculating a weight vector by multiplying the power generation vector and the measured power generation efficiency vector by an integrated prediction network, and calculating an effective power generation prediction vector from the power generation vector, the weight vector, and the actually measured power generation efficiency vector;
The power generation prediction network and the efficiency estimation network such that the learning unit minimizes total loss including power generation loss, which is a difference between the power generation vector and the power generation amount, and effective power generation loss, which is a difference between the effective power generation vector and the effective power generation amount. and optimizing weights of the integrated prediction network.
characterized in that it includes
A method for measuring solar power generation.
제4항에 있어서,
상기 가중치를 최적화하는 단계는
상기 학습부가
손실함수
Figure 112020122647121-pat00004

를 통해 상기 전체 손실이 최소가 되도록 상기 발전량예측망, 상기 효율추정망 및 상기 통합예측망의 가중치를 최적화하며,
상기 L은 상기 발전량벡터와 상기 발전량과의 차이를 나타내는 평균 제곱 오차 손실인 발전량 손실과, 상기 실효발전량벡터와 상기 실효발전량과의 차이를 나타내는 평균 제곱 오차 손실인 실효 발전량 손실을 포함하는 전체 손실이고,
상기 GC는 상기 발전량벡터이고, 상기 gc는 상기 발전량이고,
상기 EGC는 상기 실효발전량벡터이고,
상기 egc는 상기 실효발전량이고,
상기 N은 학습용 열화상의 프레임의 수이며,
상기 α는 발전량 손실에 대한 가중치이고,
상기 β는 실효 발전량 손실에 대한 가중치인 것을 특징으로 하는
태양광 발전량을 계측하기 위한 방법.
According to claim 4,
Optimizing the weights
the learning section
loss function
Figure 112020122647121-pat00004

Optimizing the weights of the power generation prediction network, the efficiency estimation network, and the integrated prediction network so that the total loss is minimized through
L is a total loss including power generation loss, which is a mean square error loss representing a difference between the power generation vector and the power generation amount, and effective power generation loss, which is a mean square error loss representing a difference between the effective power generation vector and the effective power generation amount; ,
The GC is the generation amount vector, the gc is the generation amount,
The EGC is the effective power generation vector,
The egc is the effective power generation amount,
N is the number of frames of the thermal image for learning,
α is a weight for power loss,
The β is characterized in that the weight for the effective power generation loss
A method for measuring solar power generation.
제1항에 있어서,
상기 실효발전량벡터를 산출하는 단계 후,
상태정보제공부가 센서부가 계측한 발전량 및 실효발전량을 입력받는 단계;
상기 상태정보제공부가 상기 발전량 및 상기 실효발전량으로부터 발전 효율을 산출하는 단계;
상기 상태정보제공부가 상기 발전량벡터, 상기 발전효율벡터 및 상기 실효발전량벡터와, 상기 발전량, 상기 발전 효율 및 상기 실효발전량을 비교하여 태양광발전시스템의 이상 여부를 확인하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
태양광 발전량을 계측하기 위한 방법.
According to claim 1,
After calculating the effective power generation vector,
Receiving input of the amount of power generation and the amount of effective power generation measured by the sensor unit by the state information providing unit;
Calculating power generation efficiency from the power generation amount and the effective power generation amount by the state information providing unit;
comparing the power generation amount vector, the power generation efficiency vector, and the effective power generation amount vector with the power generation amount, the power generation efficiency, and the effective power amount, by the status information providing unit, to check whether or not the photovoltaic power generation system is abnormal;
characterized in that it further comprises
A method for measuring solar power generation.
심층 학습 모델을 기반으로 태양광 발전량을 계측하기 위한 장치에 있어서,
태양광셀어레이를 촬영하여 소정 시간 단위로 촬영된 복수의 프레임을 포함하는 열화상을 생성하는 열화상카메라부;
상기 열화상에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량을 예측한 발전량벡터를 산출하는 발전량예측망;
상기 열화상에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 대비 부하에 공급되는 전력량의 비율을 나타내는 발전 효율을 예측한 발전효율벡터를 산출하는 효율추정망; 및
상기 발전량벡터와 상기 발전효율벡터로부터 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성되어 상기 부하에 제공되는 전력량을 예측한 실효발전량벡터를 산출하는 통합예측망;
을 포함하며,
상기 열화상카메라부가 상기 태양광셀어레이를 촬영한 열화상으로부터 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량을 예측한 발전량벡터를 산출하도록 상기 발전량예측망을 개별적으로 학습시키고,
상기 발전량예측망을 학습시킨 동일한 열화상으로부터 상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 대비 부하에 공급되는 전력량의 비율을 나타내는 발전 효율을 예측한 발전효율벡터를 산출하도록 상기 효율추정망을 개별적으로 학습시키고,
상기 태양광셀어레이의 태양광발전에 의해 생성된 전력량 중 부하에 공급되는 전력량을 예측한 실효발전량을 산출하도록 상기 발전량예측망, 상기 효율추정망 및 상기 통합예측망을 통합하여 학습시키는 학습부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
태양광 발전량을 계측하기 위한 장치.
In the apparatus for measuring solar power generation based on a deep learning model,
a thermal imaging camera unit that photographs the photovoltaic cell array and generates a thermal image including a plurality of frames photographed at predetermined time intervals;
A power generation prediction network that calculates a power generation vector that predicts the power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array through a plurality of calculations to which weights learned between a plurality of layers are applied to the thermal image;
Power generation efficiency that represents the ratio of the amount of power supplied to the load to the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array through a plurality of calculations to which weights learned between a plurality of layers are applied to the thermal image. Efficiency estimation network that calculates vectors; and
an integrated prediction network for calculating an effective power generation vector that predicts the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array and provided to the load from the power generation vector and the power generation efficiency vector;
Including,
Learning the power generation prediction network separately so that the thermal imaging camera unit calculates a power generation vector estimating the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array from the thermal image taken by the photovoltaic cell array,
The efficiency estimation network calculates a power generation efficiency vector that predicts the power generation efficiency representing the ratio of the amount of power supplied to the load to the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array from the same thermal image on which the power generation prediction network has been trained. learn individually,
A learning unit for integrating and learning the power generation prediction network, the efficiency estimation network, and the integrated prediction network to calculate the effective power generation by predicting the amount of power supplied to the load among the amount of power generated by the photovoltaic power generation of the photovoltaic cell array;
characterized in that it further comprises
A device for measuring solar power generation.
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