KR20130019876A - 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법 및 장치 - Google Patents

기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법 및 장치 Download PDF

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조일성
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Abstract

본 발명은 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법은 지도상의 선정된 영역에 대하여 기 설정된 길이의 격자를 생성하여 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도를 설정하는 단계; 지형 고도 자료 및 지표면의 알베도(albedo) 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환하는 단계; 기상 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환하는 단계; 상기 변환된 지형 고도 자료, 상기 지표면의 알베도 자료 및 상기 기상자료를 이용하여 전천 일사량을 계산하는 단계; 상기 계산한 전천 일사량을 일정기간 누적하는 단계; 및 상기 누적한 전천 일사량을 이용하여 태양 기상자원지도를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DEVELOPING HIGH RESOLUTION SOLAR METEOROLOGICAL RESOURCE MAP BASED ON METEOROLOGICAL DATA}
본 발명은 태양 기상자원지도 개발 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 기후변화와 지구 온난화 및 에너지 고갈에 따른 대체 에너지의 필요성이 대두되고 있다. 원자력 발전은 효율은 높으나 최근 쓰나미에 의한 일본 원전의 파괴와 방사능 누출로 인한 위험으로 추후 개발 및 이용에 어려움이 대두되고 있다. 또한, 풍력에너지 또는 태양에너지는 청정에너지로서 무한히 발전 가능한 신재생에너지로 부각되고 있으나, 그 효율성이 아직은 미진한 실정이다.
이와 같은 태양에너지 발전 시에는 태양발전시설의 입지선정이나 발전설비의 설치가 태양광 발전의 중요한 요소로서, 태양광 발전에 중요한 기초 자료로서 과거 관측자료를 이용하여 구성한 태양 기상자원지도가 사용되고 있다. 또한 태양 기상자원지도는 태양광 발전시설의 입지선정과 발전 사업자의 수익성 조사 및 운영 등에 이용된다.
태양광 발전 시설은 유동적이지 못하기 때문에 설비전 많은 타당성 및 수익성에 대한 조사가 필요로 하며, 특히 산악 또는 지형이 복잡한 지역의 태양광 발전에 있어서는 고해상도의 정보가 절실히 필요로 한다.
그러나, 일반적으로 작성된 일사량분포는 기후적이고 해상도가 아주 낮아 그 정확도에 한계가 있었다.
본 발명은 지표면에 도달하는 태양에너지의 양에 대한 입력 자료 및 기상 자료를 이용하여 보다 정확도가 높은 고해상도의 태양 기상자원지도를 구성하여 에너지 발전 연구, 복사 관측 및 기후 자료 처리 등의 기본 연구에 사용하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법은, 지도상의 선정된 영역에 대하여 기 설정된 길이의 격자를 생성하여 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도를 설정하는 단계; 지형 고도 자료 및 지표면의 알베도(albedo) 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환하는 단계; 기상 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환하는 단계; 상기 변환된 지형 고도 자료, 상기 지표면의 알베도 자료 및 상기 기상자료를 이용하여 전천 일사량을 계산하는 단계; 상기 계산한 전천 일사량을 일정기간 누적하는 단계; 및 상기 누적한 전천 일사량을 이용하여 태양 기상자원지도를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치는, 지도상의 선정된 영역에 대하여 기 설정된 길이의 격자를 생성하여 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도를 설정하는 설정부; 지형 고도 자료 및 지표면의 알베도(albedo) 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환하는 기초자료 처리부; 기상 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환하는 기상자료 처리부; 상기 변환된 지형 고도 자료, 상기 지표면의 알베도 자료 및 상기 기상자료를 이용하여 전천 일사량을 계산하는 일사량 계산부; 상기 계산한 전천 일사량을 일정기간 누적하는 일사량 처리부; 및 상기 누적한 전천 일사량을 이용하여 태양 기상자원지도를 생성하는 태양 기상자원지도 생성부를 포함한다.
본 발명에 따르면 지표면에 도달하는 태양에너지의 양에 대한 입력 자료 및 기상 자료를 이용하여 보다 정확도가 높은 고해상도의 태양 기상자원지도를 구성하여 에너지 발전 연구, 복사 관측 및 기후 자료 처리 등의 기본 연구에 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치의 구성도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 1을 참조하여 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법은, 지도상의 선정된 영역에 대하여 기 설정된 길이의 격자를 생성하여 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도를 설정한다(S110).
이때, 예를 들어 한반도를 포함하는 33°N 내지 43°N, 123°E 내지 133°E 영역에 대하여 1km 또는 4km의 간격으로 상기 격자를 생성할 수 있다. 또한, 상기 격자의 크기에 상응하도록 해상도를 설정할 수 있다.
이후, 상기 공간격자의 크기에 상응하는 해상도로 내삽(Interpolation) 또는 외삽(Extrapolation)하여 변환한다(S120). 이때, 상기 지형 고도 자료 및 지표면의 알베도(albedo) 자료는 시간변화가 적은 기초자료이다.
예를 들어, 지형 고도 자료가 3초 간격(90m의 해상도)으로 구성되어 있는 경우에는 외삽하여 1km 격자인 해상도로 변환할 수 있다. 또한, 지표면 알베도 자료가 30초 간격(900m의 해상도)으로 구성되어 있는 경우에는 외삽하여 1km 격자인 해상도로 변환할 수 있다.
이후, 기상 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환한다(S130). 이때, 상기 기상 자료는 오존 자료, 에어로솔 자료, 수증기 자료, 기온 자료, 기압 자료, 해면 기압 자료 또는 구름 자료를 말한다.
보다 상세하게 설명하면 이와 같은 기상 자료를 시간에 따라 내삽(Interpolation) 또는 외삽(Extrapolation)하여 기 설정된 시간별로 변환한다. 예를 들어, 오존 자료는 AURA 위성의 OMI(Ozone Monitoring Instrument) 센서를 이용하여 관측된 일별, 1° × 1° 해상도의 자료를, 1시간 간격의 1km 해상도로 변환하고, 에어로솔 자료는 AQUA, TERA 위성의 MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 센서를 이용하여 관측된 일별, 1° × 1° 해상도의 자료를, 1시간 간격의 1km 해상도로 변환하며, 수증기 자료는 기상청 KLAPS 수치모델의 3시간별, 5km 간격의 수증기혼합비 및 기압 자료를 이용해 연직 누적하여 산출한 자료를, 1시간 간격의 1km 해상도로 변환할 수 있다. 또한, 기온 자료, 기압 자료 및 해면 자료는 기상청 KLAPS 수치모델의 3시간별, 5km 간격의 자료를 1시간 간격의 1km 해상도로 변환하고, 구름 자료는 기상청에서 수신하여 사용자에게 제공되는 MTSAT-1R, MTSAT-2의 자료를 이용하여 구름을 판별하고 태양천정각과 위성자료 중 가시채널의 가시반사도와의 관계성을 이용하여 구름량을 산출하여 1시간 간격의 1km 해상도로 변환할 수 있다.
이후, 상기와 같이 변환된 지형 고도 자료, 상기 지표면의 알베도 자료 및 상기 기상자료를 이용하여 전천 일사량을 계산한다(S140). 이때, 상기 변환된 지형 고도 자료, 상기 지표면의 알베도 자료 및 상기 기상자료를 이용하여 직달 일사량과 산란 일사량을 계산하고, 이와 같이 계산한 직달 일사량 및 산란 일사량을 이용하여 전천 일사량을 계산할 수 있다.
상기와 같이 계산한 전천 일사량을 일정기간 누적한다(S150). 이때, 계산한 전천 일사량을 일간, 월간 또는 연간으로 누적하며, 또한 직달 일사량 및 산란 일사량을 각각 따로 누적할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 누적한 전천 일사량을 이용하여 태양 기상자원지도를 생성할 수 있으며(S160), 그 뿐만 아니라 직달 일사량 또는 산란 일사량을 각각 이용하여 태양 기상자원지도를 생성할 수도 있다. 또한, 상기와 같이 생성된 태양 기상자원지도의 해상도를 변경하거나 단위를 변경하거나, 또는 보정값을 적용하는 등 사용 목적에 적합하도록 변형할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치의 구성도이다. 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치를 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치는 설정부(210), 기초자료 처리부(220), 기상자료 처리부(230), 일사량 계산부(240), 일사량 처리부(250) 및 태양 기상자원지도 생성부(260)를 포함한다.
설정부(210)는 지도상의 선정된 영역에 대하여 기 설정된 길이의 격자를 생성하여 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도를 설정한다.
이때, 설정부(210)는 예를 들어 한반도를 포함하는 33°N 내지 43°N, 123°E 내지 133°E 영역에 대하여 1km 또는 4km의 간격으로 격자를 생성할 수 있으며, 격자의 크기에 상응하도록 해상도를 설정할 수 있다. 또 달리 설정부(210)는 정지궤도 위성에서 사용하는 격자의 크기로 상기 격자를 생성하도록 구성될 수 있다.
기초자료 처리부(220)는 지형 고도 자료 및 지표면의 알베도(albedo) 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환한다.
이때, 기초자료 처리부(220)는 시간에 따라 변화가 적은 기초자료의 처리과정으로 상기 지형 고도 자료 및 지표면의 알베도(albedo) 자료를 공간에 따라 내삽(Interpolation) 또는 외삽(Extrapolation)하여 변환할 수 있다. 기초자료 처리부(220)는 예를 들어, 지형 고도 자료가 3초 간격(90m의 해상도)으로 구성되어 있는 경우에는 외삽하여 1km 격자인 해상도로 변환하거나, 지표면 알베도 자료가 30초 간격(900m의 해상도)으로 구성되어 있는 경우에는 외삽하여 1km 격자인 해상도로 변환할 수 있다.
기상자료 처리부(230)는 기상 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환한다.
기상자료 처리부(230)는 오존 자료, 에어로솔 자료, 수증기 자료, 기온 자료, 기압 자료, 해면 기압 자료 또는 구름 자료 등의 기상 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환할 수 있다. 즉 예를 들어 기상자료 처리부(230)는 설정부(210)에서 1시간 간격의 1km 해상도로 설정한 경우에 기상 자료를 상기와 같은 1시간 간격의 1km 해상도로 설정한다.
일사량 계산부(240)는 상기와 같이 변환된 지형 고도 자료, 상기 지표면의 알베도 자료 및 상기 기상자료를 이용하여 전천 일사량을 계산한다. 이때, 일사량 계산부(240)는 상기와 같이 변환된 지형 고도 자료, 상기 지표면의 알베도 자료 및 상기 기상자료를 이용하여 직달 일사량과 산란 일사량을 계산하고, 이와 같이 계산한 직달 일사량 및 산란 일사량을 이용하여 전천 일사량을 계산할 수 있다.
일사량 처리부(250)는 상기와 같이 계산한 전천 일사량을 일정기간 누적한다.
이때, 일사량 처리부(250)는 계산한 전천 일사량을 일간, 월간 또는 연간으로 누적할 수 있으며, 또한 직달 일사량 및 산란 일사량을 각각 따로 누적할 수 있다.
태양 기상자원지도 생성부(260)는 상기와 같이 누적한 전천 일사량을 이용하여 태양 기상자원지도를 생성한다. 또한, 태양 기상자원지도 생성부(260)는 직달 일사량 또는 산란 일사량을 각각 이용하여 태양 기상자원지도를 생성할 수 있으며, 이와 같이 생성한 태양 기상자원지도의 해상도를 변경하거나 단위를 변경하거나, 또는 보정값을 적용하는 등 사용 목적에 적합하도록 변형하여 구성할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
210: 설정부 220: 기초자료 처리부
230: 기상자료 처리부 240: 일사량 계산부
250: 일사량 처리부 260: 태양 기상자원지도 생성부

Claims (18)

  1. 지도상의 선정된 영역에 대하여 기 설정된 길이의 격자를 생성하여 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도를 설정하는 단계;
    지형 고도 자료 및 지표면의 알베도(albedo) 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환하는 단계;
    기상 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환하는 단계;
    상기 변환된 지형 고도 자료, 상기 지표면의 알베도 자료 및 상기 기상자료를 이용하여 전천 일사량을 계산하는 단계;
    상기 계산한 전천 일사량을 일정기간 누적하는 단계; 및
    상기 누적한 전천 일사량을 이용하여 태양 기상자원지도를 생성하는 단계
    를 포함하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격자의 크기에 상응하는 해상도를 설정하는 단계는,
    정지궤도 위성에서 사용하는 격자의 크기로 상기 격자를 생성하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 격자의 크기에 상응하는 해상도를 설정하는 단계는,
    한반도를 포함하는 33°N 내지 43°N, 123°E 내지 133°E 영역에 대하여 1km 또는 4km의 간격으로 상기 격자를 생성하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지형 고도 자료 및 지표면의 알베도(albedo) 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환하는 단계는,
    상기 지형 고도 자료 및 지표면의 알베도(albedo) 자료를 공간에 따라 내삽(Interpolation) 또는 외삽(Extrapolation)하여 기 설정된 시간별로 변환하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기상 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환하는 단계는,
    상기 기상 자료를 시간에 따라 내삽(Interpolation) 또는 외삽(Extrapolation)하여 기 설정된 시간별로 변환하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기상 자료는,
    오존 자료, 에어로솔 자료, 수증기 자료, 기온 자료, 기압 자료, 해면 기압 자료 또는 구름 자료인 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 계산한 전천 일사량을 일정기간 누적하는 단계는,
    상기 계산한 전천 일사량을 일간, 월간 또는 연간으로 누적하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전천 일사량을 계산하는 단계는,
    상기 변환된 지형 고도 자료, 상기 지표면의 알베도 자료 및 상기 기상자료를 이용하여 직달 일사량을 계산하는 단계;
    상기 변환된 지형 고도 자료, 상기 지표면의 알베도 자료 및 상기 기상자료를 이용하여 산란 일사량을 계산하는 단계; 및
    계산된 상기 직달 일사량 및 상기 산란 일사량을 이용하여 상기 전천 일사량을 계산하는 단계
    를 포함하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전천 일사량을 계산하는 단계는,
    상기 전천 일사량을 기 설정된 시간별로 계산하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 방법.
  10. 지도상의 선정된 영역에 대하여 기 설정된 길이의 격자를 생성하여 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도를 설정하는 설정부;
    지형 고도 자료 및 지표면의 알베도(albedo) 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환하는 기초자료 처리부;
    기상 자료를 상기 격자의 크기에 상응하는 해상도로 변환하는 기상자료 처리부;
    상기 변환된 지형 고도 자료, 상기 지표면의 알베도 자료 및 상기 기상자료를 이용하여 전천 일사량을 계산하는 일사량 계산부;
    상기 계산한 전천 일사량을 일정기간 누적하는 일사량 처리부; 및
    상기 누적한 전천 일사량을 이용하여 태양 기상자원지도를 생성하는 태양 기상자원지도 생성부
    를 포함하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 설정부는,
    정지궤도 위성에서 사용하는 격자의 크기로 상기 격자를 생성하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 설정부는,
    한반도를 포함하는 33°N 내지 43°N, 123°E 내지 133°E 영역에 대하여 1km 또는 4km의 간격으로 상기 격자를 생성하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 기초자료 처리부는,
    상기 지형 고도 자료 및 지표면의 알베도(albedo) 자료를 공간에 따라 내삽(Interpolation) 또는 외삽(Extrapolation)하여 기 설정된 시간별로 변환하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 기상자료 처리부는,
    상기 기상 자료를 시간에 따라 내삽(Interpolation) 또는 외삽(Extrapolation)하여 기 설정된 시간별로 변환하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 기상 자료는,
    오존 자료, 에어로솔 자료, 수증기 자료, 기온 자료, 기압 자료, 해면 기압 자료 또는 구름 자료인 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 일사량 처리부는,
    상기 계산한 전천 일사량을 일간, 월간 또는 연간으로 누적하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 일사량 계산부는,
    상기 변환된 지형 고도 자료, 상기 지표면의 알베도 자료 및 상기 기상자료를 이용하여 직달 일사량 및 산란 일사량을 계산하고, 계산된 상기 직달 일사량 및 상기 산란 일사량을 이용하여 상기 전천 일사량을 계산하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 일사량 계산부는,
    상기 전천 일사량을 기 설정된 시간별로 계산하는 기상자료기반 고해상도 태양 기상자원지도 개발 장치.
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