KR20130008246A - 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치와, 이를 이용한 태양광발전 제어 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치와, 이를 이용한 태양광방전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 태양전지모듈의 상부와 동일한 기울기를 갖는 패널(31), 내부에 그레이패턴이 설치된 명암대비박스(33), 패널 표면 및 상기 그레이 패턴을 촬상하는 카메라(32) 및 기준 영상과 상기 카메라로부터 획득한 영상의 명암을 대비하여 상기 패널에 쌓인 이물질의 량을 분석하는 데이터 분석부(34)를 포함하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 구성함으로써, 태양광발전의 효율을 향상시키고, 관리가 용이해지며, 겨울철에도 태양광발전이 가능하다.
Description
본 발명은 태양광발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이물질이 쌓인 상태를 촬상하여 명암대비를 통해 태양전지모듈 상부의 상태를 간접적으로 모니터링하고, 세척을 통해 태양전지모듈 상부의 이물질을 제거하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치와, 이를 이용한 태양광발전 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근, 신 재생에너지 사업으로 태양광발전시스템이 많이 구축되고 있다.
태양광발전시스템은 태양빛을 직접 전기에너지로 변환하는 발전장치로서 태양전지에 태양광이 입사되면 전력변환장치를 통해 전력을 발전하게 된다. 이 때 태양전지모듈은 외부에 설치되며, 태양광선에 수직하게 놓일 때 발전효율이 가장 좋으므로 위도, 태양고도 등의 요인을 고려하여 태양광선에 수직하게 놓일 수 있는 경사각으로 설치된다.
그런데, 이 태양광발전시스템은 먼지 등의 이물질이 경사진 태양전지모듈 상부에 쌓이는 경우 태양광발전 효율이 감소되는 문제가 있다. 이는 태양전지모듈의 발열에 의한 효율 감소보다 더 심각한 문제이다.
이에, 태양전지모듈 상부의 이물질을 제거하기 위해 인력에 의해 수동세척하거나, 미리 설정된 시간마다 자동세척이 이루어지는 스프링클러 등의 세척장비가 태양광발전시스템에 적용된 바 있다.
그러나, 세척장비가 인력에 의해 수동으로 조작되는 경우에는 이물질이 쌓인 정도를 사람이 판단하므로 세척 여부에 대한 기준이 정확하지 않은 문제가 있었다. 미리 설정된 시간마다 자동으로 세척이 이루어지는 경우에는 이물질이 쌓인 정도와는 무관하게 주기적으로 작동되므로 물 낭비가 심각한 실정이었다.
한편, 겨울철에 태양전지모듈 상부에 눈이 쌓일 경우에는, 태양광발전시스템의 가동률이 현저히 낮아진다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 이물질이 쌓인 면과 그레이패턴을 동시에 촬상하여, 그레이패턴이 투과되는 정도 또는 밝기별 히스토그램을 분석함으로써 이물질이 쌓인 상태를 정밀 판단하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치에 의해 모니터링된 이물질 상태에 따라 세척장비를 자동으로 제어하는 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 눈과 같은 이물질이 쌓인 경우에도 열선을 이용하여 눈을 제거함으로써 태양광발전을 계속 수행하는 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치는,
투명한 패널;
내부에 그레이패턴이 설치된 명암대비박스;
상기 패널의 표면 및 상기 그레이패턴을 동시에 촬상하는 카메라; 및
명암대비를 통해 상기 패널에 쌓인 이물질의 상태를 분석하는 데이터 분석부
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 영상분석에 의한 이물질모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 시스템은,
태양광을 집광하여 전력을 생산하는 태양전지모듈;
일사량과 상기 태양전지모듈의 온도를 포함하는 태양광발전 정보를 감지하는 태양광발전 정보수집부;
이물질이 쌓인 면을 촬상하여 명암대비를 통해 상기 태양전지모듈 상부에 쌓인 이물질의 상태를 간접적으로 분석하는 이물질 모니터링장치;
측정되는 일사량과 태양전지모듈 온도가 데이터베이스화된 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계와 설정 값 이상 차이가 있고, 이물질 데이터의 이물질량이 기준 값 이상인 경우 세척장비로 세척장비 구동신호를 송신하는 제어부; 및
상기 제어부로부터 세척장비 구동신호가 송신되면 상기 태양전지모듈을 세척하는 세척장비
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 방법은,
일사량과 상기 태양전지모듈의 온도를 포함하는 태양광발전 정보를 감지하는 태양광발전 정보수집단계;
이물질이 쌓인 면을 촬상하여 명암대비를 통해 상기 태양전지모듈 상부에 쌓인 이물질의 상태를 간접적으로 분석하는 이물질 모니터링단계;
측정되는 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계가 데이터베이스화된 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계와 설정 값 이상 차이가 있고, 이물질 데이터의 이물질량이 기준 값 이상인 경우 세척장비로 세척장비 구동신호를 송신하는 단계; 및
상기 제어부로부터 세척장비 구동신호가 송신되면 상기 태양전지모듈을 세척하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치와, 이를 이용한 태양광발전 제어 시스템 및 방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 통해 태양전지모듈의 상부에 쌓인 이물질의 상태를 정확하게 판단할 수 있다.
또한, 이물질 모니터링장치를 통해 다수의 태양전지모듈 상부에 쌓인 이물질의 량을 간접적으로 분석하고, 영상분석에 의해 정밀 분석한 결과에 따라 세척 여부를 자동으로 제어하므로 자원, 비용, 시간 등의 면에서 태양광발전의 운영효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 태양전지모듈 상부에 눈이 쌓인 경우에도, 열선을 통해 눈을 제거함으로써 겨울철에도 태양광발전시스템의 가동이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 태양광발전시스템의 전체구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 태양전지 어레이에 열선을 배치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 이물질 모니터링장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 영상을 획득하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 태양광발전시스템의 운영흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 의한 영상판단이 이루어지는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 태양전지 어레이에 열선을 배치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 이물질 모니터링장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 영상을 획득하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 태양광발전시스템의 운영흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 의한 영상판단이 이루어지는 과정을 나타낸 흐름도이다.
<실시예 1>
이하, 본 발명의 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치와, 이를 이용한 태양광발전 제어 시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 태양광발전시스템의 전체구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 의한 영상분석에 의한 태양광발전시스템은, 태양광을 집광하여 전력을 생산하는 태양전지모듈(10), 일사량과 상기 태양전지모듈의 온도를 포함하는 태양광발전 정보를 감지하는 태양광발전 정보수집부(20), 이물질이 쌓인 면을 촬상하여 명암대비를 통해 상기 태양전지모듈 상부에 쌓인 이물질의 상태를 간접적으로 분석하는 이물질 모니터링장치(30), 측정되는 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계가 데이터베이스화된 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계와 설정 값 이상 차이가 있고, 이물질 데이터의 이물질량이 기준 값 이상인 경우 세척장비로 세척장비 구동신호를 송신하는 제어부(40), 상기 제어부로부터 세척장비 구동신호가 송신되면 상기 태양전지모듈을 세척하는 세척장비(50)를 포함한다.
태양전지모듈(10)은, 집광되는 태양광을 흡수하여 전기를 발생하도록 직렬 또는 병렬로 배열된 태양전지가 다수 개 설치되어 있으며, 상기 태양전지를 통해 전력을 생산하도록 구성되어 있다.
태양광발전 정보수집부(20)는, 태양광발전 정보를 측정하여 그 신호를 SYSTEM에 필요한 신호로 변환하고 변환된 태양광발전 정보신호를 제어부(40)로 송신한다. 이 때, 태양광발전 정보는 태양전지모듈 수평면의 일사량, 태양전지모듈 수직면의 일사량, 태양전지모듈 내부의 온도, 태양전지모듈 외부의 온도를 포함한다.
한편, 태양광발전 정보수집부(20)는, 태양전지모듈 또는 태양전지모듈 주변에 설치되어 제어부와 연결될 수 있으나, 태양전지모듈에 설치되는 것이 가장 바람직하다.
이물질 모니터링장치(30)는, 이물질이 쌓인 면을 촬상하여 명암대비를 통해 상기 태양전지모듈 상부에 쌓인 이물질의 상태를 간접적으로 측정하는 시스템으로서, 패널(31)의 이물질 상태를 촬상하여 분석한 이물질 데이터를 제어부(40)로 송신한다.
또한, 이물질 모니터링장치(30)는, 투명한 패널(31), 패널 하부에 구비된 명암대비박스(32), 패널 상부에 구비된 카메라(33) 및 데이터 분석부(34)를 포함하며, 이러한 이물질 모니터링장치(30) 각 구성에 대한 자세한 설명은 아래의 도 3에서 후술된다.
한편, 이물질 모니터링장치(30)는 태양전지모듈(10)의 오염 상태를 유추할 수 있는 위치에 설치된다.
제어부(40)는, 상기 태양광발전 정보의 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계를 저장하는 데이터베이스(41)를 포함한다. 즉, 이물질이 쌓이지 않은 상태에서 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계를 데이터베이스화 시켜 DB(41)에 저장하고, 이물질이 쌓인 량을 변화시키면서 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계를 데이터베이스화 시켜 DB(41)에 저장한다.
즉, 태양광발전시스템에서는 일사량이 특정 값을 가질 때 태양전지모듈의 온도도 이에 대응하는 특정 값을 가져야 하는데, 태양광발전 정보수집부(20)에 의해 실시간으로 측정되는 상관관계가 상기 데이터베이스화 된 상관관계와 설정 값 이상 차이가 있을 경우 먼지 또는 눈 등의 이물질이 쌓인 것으로 판단할 수 있다.
따라서, 제어부(40)는, 태양광발전 정보수집부(20)로부터 측정되는 일사량과 태양전지모듈 온도가 데이터베이스화된 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계와 설정값 이상 차이가 있고 이물질 데이터의 이물질량이 기준값 이상이면 세척장비(50)로 세척장비 구동신호를 송신한다. 또한, 제어부(40)는, 측정된 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계가 데이터베이스화된 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계와 설정값 이상 차이가 있고 이물질 데이터의 이물질량이 기준값 이하이면, 태양광발전시스템의 효율하락은 일사량에 의한 것도 아니고 태양전지모듈 상부의 오염에 의한 것도 아니므로 태양광발전시스템을 점검하게 된다.
세척장비(50)는, 제어부(40)로부터 세척장비 구동신호가 수신되면 저장된 물을 분사한다. 한편, 세척장비(50)는 스프링클러 형식으로도 설치할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 태양전지모듈에 열선을 배치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 태양전지모듈(10)에는 열선이 배치되어 있고, 태양전지모듈(10)은 전력생산용 태양전지모듈(11)과 이물질 모니터링장치 전원공급용 태양전지모듈(12)로 구분되어 있다.
그리고, 이물질 모니터링장치 전원공급용의 태양전지모듈(12)은 충전회로(13)와 접속되며, 이 충전회로(13)는 배터리(14)와 접속되어 있다. 여기서, 제어부(40)는 상기 열선의 자가발전으로 배터리에 저장된 전원의 공급을 제어하는 것을 포함한다. 즉, 배터리(14)에 충전된 전원은 상기 제어부(40)를 구동하여 이물질 모니터링장치(30) 전원공급 및 열선 발열에 이용된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 이물질 모니터링장치의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이물질 모니터링장치(30)는, 이물질이 쌓인 면을 촬상하여 명암대비를 통해 상기 태양전지모듈 상부에 쌓인 이물질의 상태를 간접적으로 분석하는 시스템이다.
이물질 모니터링장치(30)는 투명한 패널(31), 내부에 그레이패턴이 설치된 명암대비박스(32), 상기 패널의 표면 및 상기 그레이패턴을 동시에 촬상하는 카메라(33) 및 명암대비를 통해 상기 패널에 쌓인 이물질의 상태를 분석하는 데이터 분석부(34)를 포함한다.
이물질 모니터링장치(30)의 구성을 구체적으로 살펴보면, 패널(31)은, 패널에 쌓인 이물질이 그레이패턴(35)에 투영되도록 하기 위하여 투명한 재질이 사용되며, 태양전지모듈(10)의 상부에 이물질이 쌓인 정도를 간접적으로 측정하기 위한 구성으로서 태양전지모듈(10)과 동일한 기울기로 설치되는 것이 바람직하다.
명암대비박스(32)는, 그 내부에 그레이패턴(Gray Pattern) 및 조명이 설치된다. 그레이패턴(35)은 밝기 분포도를 나타내는 것으로서 밝기 0에서 255 단계의 분포를 가지고, 조명은 햇빛 등 조도에 영향을 받지 않고 정확한 기준 값을 주기 위하여 일정한 밝기를 유지한다.
한편, 명암대비박스(32)는 패널 하부에 이물질이 유입되지 않도록 밀폐되어 설치되는 것이 바람직하다.
카메라(33)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 이물질이 쌓인 패널(31)의 표면 및 패널(31) 하부에 설치된 그레이패턴(35)을 동시에 촬상하고, 촬상된 영상신호를 데이터 분석부(34)로 전달한다. 이 때, 카메라의 초점은 투명한 패널(31)을 지나 그레이패턴(35)에 정확하게 맞추고, 카메라의 게인(Gain)과 노출(Exposure)은 일정하게 유지한다. 그레이패턴(35)을 향하는 조명은 정전류원을 사용하여 일정한 밝기를 유지하도록 한다.
한편, 카메라(33)는 패널 상부에 패널에 수직으로 설치되며, 카메라의 렌즈부에는 햇빛을 충분히 차단하여 외부의 밝기에 영향을 받지 않도록 하기 위하여 차광판이 형성될 수 있다. 다만, 이 차광판은 외부의 공기가 충분히 통하여 공기 중의 먼지가 패널에 닿을 수 있도록 설치되어야 한다.
데이터 분석부(34)는, 상기 카메라(33)로부터 획득한 영상의 그레이패턴(35) 투과도를 분석하여 패널(31)에 쌓인 이물질의 상태를 분석하고, 그 분석결과를 RS422, TCP/IP 등을 통해서 제어부(40)로 전송한다.
여기서, 데이터 분석부(34)는, 상기 카메라(33)로부터 획득한 영상의 그레이패턴(35) 투과도를 분석하여 패널(31)에 쌓인 이물질의 상태를 측정한다. 카메라(33)가 이물질이 쌓인 투명 패널(31)과 투명 패널 하부의 그레이패턴(35)을 동시에 촬상하면 패널에 쌓인 이물질이 그레이패턴(35)에 투영된 영상이 획득된다. 상기 영상은 패널(31)에 이물질이 쌓인 정도에 따라 그레이패턴(35)이 투과되는 영역과 투과되지 않는 영역이 구분될 것이므로, 두 영역의 경계를 검출하여 상기 패널(31)에 쌓인 이물질의 량을 정량적으로 분석하고, 그 분석결과를 RS422, TCP/IP 등을 통해서 제어부(40)로 전송한다.
또한, 데이터 분석부(34)는, 상기 카메라로부터 획득한 영상의 밝기별 히스토그램을 분석하여 패널(31)에 쌓인 이물질의 상태를 측정한다. 카메라(33)가 이물질이 쌓인 투명 패널(31)과 투명 패널 하부의 그레이패턴(35)을 동시에 촬상하면, 데이터 분석부는 상기 카메라(33)로부터 획득한 영상의 밝기별 히스토그램을 생성하고, 생성된 상기 히스토그램 분포를 이용하여 상기 패널(31)에 쌓인 이물질의 량을 정량적으로 분석하고, 그 분석결과를 RS422, TCP/IP 등을 통해서 제어부(40)로 전송한다.
그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 시스템을 이용한 본 발명의 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 태양광발전시스템의 운영흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 스텝 S100에서, 제어부(40)는 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계에 대하여 데이터베이스화 작업을 수행한다. 즉, 이물질이 쌓이지 않은 상태에서 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계를 데이터베이스화 시켜 DB(41)에 저장하고, 이물질이 쌓인 량을 변화시키면서 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계를 데이터베이스화 시켜 DB(41)에 저장한다.
스텝 S200에서, 제어부(40)는 이물질 모니터링장치(30)가 설정시간 간격으로 촬상을 수행하여 분석한 이물질 데이터를 이물질모니터링장치(30)로부터 송신받는다. 이물질 모니터링장치(30)에서 영상분석이 이루어지는 자세한 과정은 아래의 도 6에서 설명된다.
스텝 S300에서, 제어부(40)는, 태양광발전 정보수집부(20)로부터 측정되는 일사량과 태양전지모듈 온도가 데이터베이스화된 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계와 설정값 이상 차이가 있는지 비교하여, 태양광발전시스템의 발전효율 하락이 일사량에 의한 것인지 태양전지모듈의 오염에 의한 것인지 분석한다.
즉, 태양광발전시스템에서는 일사량이 특정 값을 가질 때 태양전지모듈의 온도도 이에 대응하는 특정 값을 가져야 하는데, 태양광발전 정보수집부(20)에 의해 실시간으로 측정되는 상관관계가 상기 데이터베이스화 된 상관관계와 설정 값 이상 차이가 있을 경우 먼지 또는 눈 등의 이물질이 쌓인 것으로 판단할 수 있다. 이로써, 제어부(40)는 태양광발전시스템의 발전효율 하락이 외기의 온도에 의한 것이 아닌 태양전지모듈의 오염에 의한 것으로 판단하게 되는 것이다.
스텝 S400에서, 제어부(40)는 이물질 모니터링장치(30)로부터 송신된 이물질 데이터가 먼지 등의 이물질인지 눈인지를 판단한다.
판단 결과, 발전량 감소가 태양전지모듈의 먼지에 의한 오염에 의한 경우, 스텝 S500에서 이물질 모니터링장치(30)로부터 송신된 이물질량과 기준 값을 비교한다. 이물질량이 기준 값보다 크면 스텝 S600으로 가서 세척장비(50)로 세척장비 구동신호를 송신하고, 제어부(40)로부터 세척장비 구동신호가 송신되면 세척장비(50)는 태양전지모듈(10)을 세척한다. 이물질량이 기준 값보다 작으면 상기 스텝 S200으로 리턴이 이루어진다. 이 때, 이물질량이 기준 값보다 작으면 태양광발전시스템을 점검하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
판단 결과, 발전량 감소가 태양전지모듈의 적설에 의한 경우, 스텝 S700에서 이물질 모니터링장치(30)로부터 송신된 이물질량과 기준 값을 비교한다. 이물질량이 기준 값보다 크면 스텝 S800으로 가서 열선(20)으로 열선 구동신호를 송신하고, 제어부(40)로부터 열선 구동신호가 송신되면 열선(20)은 배터리의 전원을 공급하여 열선(20)을 구동시켜 발생된 열에 의해 눈을 제거한다. 또한, 상기 스텝 S200의 영상판단이 이루어지는 과정으로 리턴하여 태양전지모듈(10)의 재촬상에 따른 세척 과정 등이 더 진행될 수 있다. 이물질량이 기준 값보다 작으면 상기 스텝 S200으로 리턴이 이루어진다. 이 때, 이물질량이 기준 값보다 작으면 태양광발전시스템을 점검하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 의한 영상판단이 이루어지는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 설정시간 간격으로 이물질 모니터링장치(30)의 구동이 이루어진다.
먼저 스텝 S201에서는 카메라(33), 조명 등의 시스템을 초기화한다. 카메라의 게인(Gain)과 노출(Exposure)은 일정한 값으로 하며, 렌즈의 초점거리는 그레이패턴(35)을 정확하게 투영하도록 설정한다. 처음 설정한 각종 파라미터는 정전 등의 전원 차단이 발생한 이후에도 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
스텝 S202에서, 카메라(33)를 통해서 투명 패널(31)의 표면 및 상기 투명 패널 하부에 있는 그레이패턴(35)을 동시에 촬상하여 영상을 획득한다. 획득한 영상은 데이터 분석부(34)로 전송된다.
스텝 S203에서는, 데이터 분석부(34)가 상기 획득한 영상의 1 프레임을 메모리에 저장하고, 상기 획득한 영상의 투명도를 계산하여 패널(31)에 쌓인 물질이 먼지인지 눈인지를 판단한다.
스텝 S204에서, 데이터 분석부(34)는 상기 패널(31)에 쌓인 이물질의 량을 계산한다.
이 때, 데이터 분석부(34)는, 상기 카메라(33)로부터 획득한 영상의 그레이패턴(35) 투과도를 분석하여 패널(31)에 쌓인 이물질의 상태를 측정한다. 카메라(33)가 이물질이 쌓인 투명 패널(31)과 투명 패널 하부의 그레이패턴(35)을 동시에 촬상하면, 패널에 쌓인 이물질이 그레이패턴(35)에 투영된 영상이 획득된다. 상기 영상은 패널(31)에 이물질이 쌓인 정도에 따라 그레이패턴(35)이 투과되는 영역과 투과되지 않는 영역이 구분될 것이므로, 두 영역의 경계를 검출하여 상기 패널(31)에 쌓인 이물질의 량을 정량적으로 분석할 수 있다.
또한, 데이터 분석부(34)는, 미리 인위적으로 일정량의 이물질을 패널(31)에 골고루 쌓이게 한 후 각각 영상을 획득하여 이물질의 량과 밝기 분포의 관계를 분석한 기준 히스토그램 데이터와의 대조를 통해 패널(31)에 쌓인 이물질의 상태를 측정할 수도 있다. 즉, 상기 히스토그램의 X축은 밝기 값으로 최소 0에서 최대 255까지이며, Y축은 각 밝기를 가지는 픽셀(Pixel)의 수를 나타낸다. 먼지 등의 이물질이 없는 영상은 그레이패턴(35)을 그대로 반영하므로, X축의 모든 밝기 값(0~255단계)에서 Y축은 같은 값을 가지게 된다. 먼지 또는 눈 등의 이물질이 쌓이게 되면 전체 영상이 어두워지므로, 히스토그램의 분포는 어두운 쪽(즉, 명도가 낮은 쪽)으로 치우치게 된다. 이를 통해, 데이터 분석부(34)는, 상기 카메라로부터 획득한 영상의 밝기별 히스토그램을 생성하고, 상기 기준 히스토그램 데이터와 획득한 영상의 히스토그램 데이터를 비교하여 명암 차이를 검출함으로써 상기 패널(31)에 쌓인 이물질의 량을 정량적으로 분석할 수 있다.
스텝 S205에서는, 스텝 S203 및 스텝 S204에서 분석된 먼지, 눈 등의 이물질을 분석한 결과(이물질 데이터)를 RS422, TCP/IP 등을 통해 제어부(40)로 전송한다(스텝 S205).
<실시예 2>
본 발명의 실시예 2는, 실시예 1과 기준태양전지모듈을 더 포함하는 것 이외에는 기본적으로 동일하다. 따라서, 여기에서는 실시예 1에 있어서의 동일 또는 상당하는 것에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예 2에 의한 영상분석에 의한 태양광발전시스템은, 태양전지모듈, 태양광발전 정보수집부, 이물질 모니터링장치, 제어부, 세척장비 및 청결이 유지된 기준태양전지모듈을 포함한다.
기준태양전지모듈은, 제어부의 리얼타임클럭에 의해 매일 1회 예를 들면 일출시마다 세척을 실시하여 청결한 상태를 유지하도록 하며, 제어부의 데이터베이스에 의해 비가 오는 것으로 판단되는 날에는 세척하지 않을 수도 있다.
한편, 기준태양전지모듈은, 태양광발전시스템에 사용된 동일 제조사의 동일 규격의 것으로 태양광발전시스템의 주변에 설치되는 것이 바람직하다.
제어부는, 청결이 유지된 기준태양전지모듈의 발전량 즉, 이물질이 쌓이지 않은 상태에서의 정격 발전량을 저장하는 데이터베이스를 포함한다. 본 실시예에서 제어부는, 정격 발전량과 태양광발전 정보수집부에 의해 측정되는 태양광발전시스템의 발전량을 비교하여, 측정된 발전량이 정격 발전량보다 작은 경우 이물질 모니터링장치로 촬상 구동신호를 송신하고, 이물질 모니터링장치로부터 이물질 데이터를 수신 받는다. 이에, 태양전지모듈 상부에 먼지 등의 이물질 또는 눈이 쌓인 것으로 판단되면, 이물질 데이터의 이물질량이 기준치를 초과하는지 여부를 판단하여 세척장비 또는 열선 구동을 제어한다. 태양전지모듈 상부에 쌓인 이물질 또는 눈이 없다고 판단되는 경우에는, 기준태양전지모듈의 표면 온도와 설정 온도를 비교하여 스프링클러 구동 또는 태양광발전시스템의 점검 여부를 제어한다.
본 발명의 실시예 2에서는, 기준태양전지모듈에도 열선이 배치되고, 제어부의 데이터베이스에 의해 눈이 온 것으로 판단되는 날에는 기준태양전지모듈의 열선으로 배터리의 전원을 공급하여 열선을 구동시키고 눈을 제거하여 청결한 상태를 유지할 수 있다.
여기서, 제어부는 상기 기준태양전지모듈 열선의 자가발전으로 배터리에 저장된 전원의 공급을 제어하는 것을 포함한다. 즉, 배터리에 충전된 전원은 상기 제어부를 구동하여 이물질 모니터링장치의 카메라, 조명 등에 대한 전원공급 및 열선 발열 등의 전원용으로 사용한다.
또한, 본 발명의 실시예 2에 의한 태양광발전시스템의 운영흐름은 다음과 같다.
먼저, 제어부는 청결이 유지된 기준태양전지모듈의 발전량 즉, 이물질이 쌓이지 않은 상태에서의 정격 발전량에 대하여 데이터베이스화 작업을 수행하여 DB에 저장한다.
이와 같이, 데이터베이스화가 이루어진 상태에서, 제어부는 청결이 유지된 기준태양전지모듈의 발전량(정격 발전량)과 태양광발전 정보수집부에 의해 측정되는 태양광발전시스템의 발전량을 비교한다.
이에, 태양광발전시스템의 발전량이 정격 발전량보다 낮은 경우, 이물질 모니터링장치로 촬상 구동신호를 전송하여 이물질 모니터링장치를 구동시킨다. 촬상 구동신호에 따라 이물질 모니터링장치는 촬상을 수행하고, 촬상된 영상을 분석하여 이물질 데이터를 제어부로 송신한다. 본 발명의 실시예 2에 관한 이물질 모니터링장치에서 영상판단이 이루어지는 과정은, 실시예 1에 나타낸 도 6과 동일하다.
다음으로, 제어부는 이물질 모니터링장치로부터 송신된 이물질 데이터로부터 태양전지모듈에 먼지 등의 이물질 또는 눈이 쌓였는지 여부를 판단한다.
태양전지모듈 상부에 먼지 등의 이물질 또는 눈이 쌓인 것으로 판단되면, 제어부는 이물질 모니터링장치로부터 송신된 이물질 데이터가 먼지 등의 이물질인지 눈인지를 판단한다.
태양전지모듈 상부에 쌓인 물질이 먼지 등의 이물질인 경우, 제어부는 먼지 등의 이물질량이 기준치를 초과하는지 여부를 판단하고, 기준치를 초과하지 않는다고 판단되어 세척이 필요하지 않은 경우에는 정격 발전량과 태양광발전시스템의 발전량을 비교하는 초기단계로 리턴하고, 기준치를 초과하여 세척이 필요하다고 판단되는 경우에는 세척장비 구동신호를 세척장비로 전송한다. 제어부로부터 세척장비 구동신호가 송신되면, 세척장비는 태양전지모듈을 세척한다.
태양전지모듈 상부에 쌓인 물질이 눈인 경우, 제어부는 적설량이 기준치를 초과하는지 여부를 판단하고, 기준치를 초과하지 않는다고 판단되어 열선 구동이 필요하지 않은 경우에는 정격 발전량과 태양광발전시스템의 발전량을 비교하는 초기단계로 리턴하고, 기준치를 초과하여 열선 구동이 필요하다고 판단되는 경우에는 열선으로 배터리의 전원을 공급하여 열선을 구동시켜 발생된 열에 의해 눈을 제거한다.
태양전지모듈 상부에 쌓인 것이 없다고 판단되면, 제어부는 기준태양전지모듈 상의 온도 측정기에 구동신호를 송신하고, 기준태양전지모듈상의 온도 측정기는 온도측정 구동신호에 따라 기준태양전지모듈의 표면 온도를 측정하여 측정된 데이터를 제어부로 송신한다.
다음으로, 제어부는 기준태양전지모듈의 온도 측정기로부터 송신된 데이터로부터 기준태양전지모듈의 표면 온도가 설정 온도를 초과하는지 여부를 판단한다. 기준태양전지모듈의 표면 온도가 설정 온도를 초과하여 냉각이 필요하다고 판단되는 경우에는 스프링클러를 작동시켜 태양전지모듈에 물을 분사하도록 하여 태양전지모듈의 온도를 감소시킨다. 기준태양전지모듈의 표면 온도가 설정 온도를 초과하지 않는다고 판단되는 경우에는, 태양광발전시스템의 효율하락은 외기의 온도에 의한 것도 아니고 태양전지모듈 상부의 오염에 의한 것도 아니므로, 태양광발전시스템의 점검을 행하게 된다.
이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.
10 : 태양전지모듈
20 : 태양광발전 정보수집부
30 : 이물질 모니터링장치
31 : 패널
32 : 명암대비박스
33 : 카메라
40 : 제어부
50 : 세척장비
20 : 태양광발전 정보수집부
30 : 이물질 모니터링장치
31 : 패널
32 : 명암대비박스
33 : 카메라
40 : 제어부
50 : 세척장비
Claims (15)
- 투명한 패널;
내부에 그레이패턴이 설치된 명암대비박스;
상기 패널의 표면 및 상기 그레이패턴을 동시에 촬상하는 카메라; 및
명암대비를 통해 상기 패널에 쌓인 이물질의 상태를 분석하는 데이터 분석부를 포함하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 데이터 분석부는, 상기 카메라로부터 획득한 영상에서 상기 그레이패턴이 투과되는 영역과 투과되지 않는 영역의 경계선을 검출하여, 상기 패널에 쌓인 이물질의 상태를 분석하는 것을 특징으로 하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 데이터 분석부는, 상기 카메라로부터 획득한 영상의 밝기별 히스토그램을 생성하고, 생성된 상기 히스토그램 분포와 기준 데이터를 대비하여, 상기 패널에 쌓인 이물질의 상태를 분석하는 것을 특징으로 하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링 장치.
- 태양광을 집광하여 전력을 생산하는 태양전지모듈;
일사량과 상기 태양전지모듈의 온도를 포함하는 태양광발전 정보를 측정하는 태양광발전 정보수집부;
이물질이 쌓인 면을 촬상하여 명암대비를 통해 상기 태양전지모듈 상부에 쌓인 이물질의 상태를 간접적으로 분석하는 이물질 모니터링장치;
상기 태양광발전 정보수집부에 의해 측정되는 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계가 데이터베이스화된 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계와 설정값 이상 차이가 있고 이물질 데이터의 이물질량이 기준값 이상인 경우 세척장비로 세척장비 구동신호를 송신하는 제어부; 및
상기 제어부로부터 세척장비 구동신호가 송신되면 상기 태양전지모듈을 세척하는 세척장비를 포함하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 시스템.
- 청구항 4에 있어서,
상기 태양전지모듈에 열선을 더 포함하고,
상기 제어부는, 열선으로 배터리에 저장된 전원의 공급을 제어하는 것을 더 포함하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 시스템.
- 청구항 4에 있어서,
이물질이 쌓이지 않은 상태를 유지하는 기준태양전지모듈을 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 태양광발전 정보수집부에 의해 측정되는 태양광발전시스템의 발전량이 기준태양전지모듈의 발전량보다 낮으면 이물질 모니터링장치를 구동하고, 이물질 데이터의 이물질량이 기준값 이상인 경우 세척장비로 세척장비 구동신호를 송신하며, 이물질 데이터의 이물질량이 기준값 이하이고 기준태양전지모듈의 표면 온도가 설정 온도 이상이면 스프링클러로 스프링클러 구동신호를 송신하고, 이물질 데이터의 이물질량이 기준값 이하이고 기준태양전지모듈의 표면 온도가 설정 온도 이하이면 태양광발전시스템을 점검하는 것을 특징으로 하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 시스템.
- 청구항 6에 있어서,
상기 태양전지모듈에 열선을 더 포함하고,
상기 제어부는, 열선으로 배터리에 저장된 전원의 공급을 제어하는 것을 더 포함하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 시스템.
- 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 이물질 모니터링장치는, 이물질이 쌓인 면을 촬상하고 그레이패턴이 투과되는 영역과 투과되지 않는 영역의 경계선을 검출하여, 상기 태양전지모듈 상부에 쌓인 이물질의 상태를 간접적으로 분석하는 것을 특징으로 하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 시스템.
- 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 이물질 모니터링장치는, 이물질이 쌓인 면을 촬상하여 획득한 영상의 밝기별 히스토그램을 생성하고, 생성된 상기 히스토그램 분포와 기준 데이터를 대비하여, 상기 패널에 쌓인 이물질의 상태를 분석하는 것을 특징으로 하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 시스템.
- 태양광발전 정보수집부가, 일사량과 태양전지모듈의 온도를 포함하는 태양광발전 정보를 측정하는 태양광발전 정보수집단계;
이물질 모니터링 장치가, 이물질이 쌓인 면을 촬상하여 명암대비를 통해 태양전지모듈 상부에 쌓인 이물질의 상태를 간접적으로 분석하는 이물질 모니터링단계;
제어부가, 측정된 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계가 데이터베이스화된 일사량과 태양전지모듈 온도의 상관관계와 설정값 이상 차이가 있고 이물질 데이터의 이물질량이 기준값 이상이면 세척장비로 세척장비 구동신호를 송신하는 단계; 및
세척장비는, 상기 제어부로부터 세척장비 구동신호가 송신되면 상기 태양전지모듈을 세척하는 단계를 포함하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 방법.
- 청구항 10에 있어서,
상기 제어부는, 열선으로 배터리에 저장된 전원의 공급을 제어하는 것을 더 포함하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 방법.
- 태양광발전 정보수집부가, 태양광발전시스템의 발전량을 측정하는 태양광발전 정보수집단계;
제어부가, 측정된 상기 태양광발전시스템의 발전량이 기준태양전지모듈의 발전량보다 낮으면 이물질 모니터링 장치로 촬상 구동신호를 송신하는 단계;
이물질 모니터링 장치가, 이물질이 쌓인 면을 촬상하여 명암대비를 통해 태양전지모듈 상부에 쌓인 이물질의 상태를 간접적으로 분석하는 이물질 모니터링단계;
제어부가, 이물질 데이터의 이물질량이 기준값 이상인 경우 세척장비로 세척장비 구동신호를 송신하고, 이물질 데이터의 이물질량이 기준값 이하이고 기준태양전지모듈의 표면 온도가 설정 온도 이상이면 스프링클러로 스프링클러 구동신호를 송신하며, 이물질 데이터의 이물질량이 기준값 이하이고 기준태양전지모듈의 표면 온도가 설정 온도 이하이면 태양광발전시스템을 점검하는 단계; 및
세척장비는, 상기 제어부로부터 세척장비 구동신호가 송신되면 상기 태양전지모듈을 세척하는 단계를 포함하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 방법.
- 청구항 12에 있어서,
상기 제어부는, 열선으로 배터리에 저장된 전원의 공급을 제어하는 것을 더 포함하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 방법.
- 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 이물질 모니터링단계는, 이물질이 쌓인 면을 촬상하여 그레이패턴이 투과되는 영역과 투과되지 않는 영역의 경계선을 검출하여, 상기 태양전지모듈 상부에 쌓인 이물질의 상태를 간접적으로 분석하는 것을 특징으로 하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 방법.
- 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 이물질 모니터링단계는, 이물질이 쌓인 면을 촬상하여 획득한 영상의 밝기별 히스토그램을 생성하고, 생성된 상기 히스토그램 분포와 기준 데이터를 대비하여, 상기 패널에 쌓인 이물질의 상태를 분석하는 것을 특징으로 하는 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치를 이용한 태양광발전 제어 방법.
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| KR1020110068871A KR101221933B1 (ko) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치와, 이를 이용한 태양광발전 제어 시스템 및 방법 |
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| KR1020110068871A KR101221933B1 (ko) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | 영상분석에 의한 이물질 모니터링장치와, 이를 이용한 태양광발전 제어 시스템 및 방법 |
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