KR20210057264A - 태양광 패널의 고장 진단 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 패널의 고장 진단 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무인 비행체를 이용하여 태양광 발전단지의 열 영상 및 가시광 영상을 촬영하여, 열 영상 중, 열화 영역의 형태, 분포 또는 크기를 검출하여 고장 종류를 판단할 수 있고, 가시광 영상을 이용하여 고장이 아님에도 고장으로 판단된 오판을 검출할 수 있는 태양광 패널의 고장 진단 시스템에 관한 것이다.

Description

태양광 패널의 고장 진단 시스템{Fault diagnosis system for solar panel}
본 발명은 태양광 패널의 고장 진단 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무인 비행체를 이용하여 태양광 발전단지의 열 영상 및 가시광 영상을 촬영하여, 열 영상 중, 열화 영역의 형태, 분포 또는 크기를 검출하여 고장 종류를 판단할 수 있고, 가시광 영상을 이용하여 고장이 아님에도 고장으로 판단된 오판을 검출할 수 있는 태양광 패널의 고장 진단 시스템에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템은 다수의 태양광 패널의 광전효과를 이용하여 광 기전력을 발생시킴으로써 전력을 생산하는 시스템이다.
태양광 발전 시스템은 그늘지지 않도록 주변에 장애물이 없는 장소에 설치되는 것이 일반적이며 호수 등에 설치되는 수면 부상형 태양광 발전과 넓은 평야 등 육상에 설치되는 지면 설치형 태양광 발전으로 구분될 수 있다.
수면 부상형 태양광 발전은 수면의 냉기에 의해 태양광 모듈의 냉각이 용이하다는 장점이 있으나 호수 등에 설치되므로 설치 및 유지 보수가 어려운 단점이 있고, 반면, 지면 설치형 태양광 발전은 육지에 설치되기 때문에 설치 및 유지 보수가 쉽다는 장점이 있으나 태양광 모듈의 냉각을 위해 부가적인 냉각 장치가 구비되어야 한다는 단점이 있다.
한편, 태양광 발전 시스템은 다양한 형태로 고장이 발생하는데 고장의 형태를 정확하게 진단하여야 유지보수의 시간 및 인력을 줄일 수 있고 발전효율을 향상시킬 수 있다.
고장의 형태로는 낙뢰나 과전압으로 태양광 패널에 구비되는 정션박스(junction box, 발전된 전력을 모아 출력하기 위한 단자박스)의 다이오드 고장, 태양광 패널의 각 셀들을 전기적으로 연결하는 버스바(bus bar)가 단선되는 버스바 고장, 패널들을 서로 전기적으로 연결하는 커넥터가 단선되는 커넥터 고장, 태양전지 패널과 접지측인 대지와의 전위차에 의해 누설전류가 발생함으로써 열화되어 출력이 감소하는 PID현상, 나뭇잎이나 조류의 배설물과 같은 오염물이 낙하거거나 그림자에 의해 그늘이져 부분적으로 열화되는 핫 스팟 현상, 패널의 유리등이 파손되는 패널 파손 등이 있다.
종래에는 이러한 고장을 검출하기 위해 태양광 패널의 출력전류나 누적된 발전 정보를 분석하게 되는데 이러한 고장 검출방법은 태양광 패널의 고장인지 태양광 패널의 집합인 스트링의 고장인지 또는 오염물이나 그늘에 의한 고장인지를 구분하여 검출할 수 없는 문제가 있고, 각 패널에 센서를 부착하여야 하므로 유지보수 비용이 높아지는 문제점이 있다.
1.한국등록특허 제10-2023465호, '사물인터넷을 이용한 태양광 발전장치의 고장진단시스템 및 그 방법' 2.한국공개특허 제10-2019-0066135호, '태양광 발전시스템의 고장 진단 시스템'
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 태양광 패널에 별도의 센서를 설치하지 않고 무인 비행체를 통해 영상을 촬영하여 영상 분석을 통해 고장을 진단할 수 있는 태양광 패널의 고장 진단 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 열 영상을 통해 고장의 종류를 검출하고 가시광 영상을 통해 고장 판단의 오류를 바로잡을 수 있는 태양광 패널의 고장 진단 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양광 패널들이 군집한 태양광 발전 단지의 상공을 비행하며, 태양광 패널의 열 영상과 가시광 영상을 획득하는 무인 비행체; 및 상기 무인 비행체로부터 상기 열 영상 및 상기 가시광 영상을 수신하여 상기 태양광 패널의 고장을 진단하는 서버;를 포함하며, 상기 서버는 상기 열 영상 중의 열화 영역의 형태, 분포 또는 크기에 따라 고장 종류를 판단하고, 상기 가시광 영상을 이용하여 고장 판단의 오류를 검출하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널의 고장 진단 시스템을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 서버는 상기 열 영상의 열화부위를 검출하여, 하나의 패널에 한 줄의 셀들이 열화되었을 때, 정션박스(junction box)의 다이오드 고장 또는 패널의 셀들을 직결로 연결하는 버스바(bus bar)고장으로 판정하고, 한 줄의 패널들(스트링:string)이 열화되었을 때, 단선에 의한 커넥터 고장 또는 패널들의 누설 전류에 의한 PID(potential induced degradation) 현상으로 판정하고, 하나의 패널이 부분적으로 열화되었을 때, 오염물이나 그림자에 의한 핫 스팟 현상 또는 패널의 파손으로 판정한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 서버는 상기 열 영상을 통한 고장 판단 이후에, 고장으로 판정된 패널(이하, '고장 패널'이라 함)의 상기 가시광 영상에서 빛 반사가 존재하는지 판단하고 빛 반사가 존재할 경우, 고장이 발생하지 않은 것으로 판정한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 빛 반사는 상기 고장 패널의 RGB 평균값이 임계값 이상일 경우, 상기 고장 패널의 RGB 평균값이 시간의 흐름에 따라 변화할 경우, 상기 고장 패널의 RGB 평균값이 미리 저장된 정상 패널의 RGB 평균값 범위를 벗어날 경우에 존재하는 것으로 판단한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
본 발명의 태양광 패널의 고장 진단 시스템에 의하면, 무인 비행체를 이용하여 촬영한 열 영상의 형태나 크기, 분포 등을 이용하여 태양광 패널의 고장 종류를 판별할 수 있어 유지보수의 시간 및 비용을 줄일 수 있고 발전효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양광 패널의 고장 진단 시스템에 의하면, 빛 반사로 인해 오판된 고장을 가시광 영상을 통해 고장이 발생하지 않은 것으로 진단할 수 있으므로 진단의 정확도를 매우 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 고장 진단 시스템의 구성을 보여주는 도면,
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 고장 진단 시스템이 고장의 종류를 판단하는 원리를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 고장 진단 시스템의 고장 판단의 오류를 검출하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 고장 진단 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 고장 진단 시스템(이하, '고장 진단 시스템'이라 함)은 태양광 발전 단지(10)에 설치된 태양광 패널(20)의 고장 여부 및 고장 종류를 판단하여 관리자가 고장 종류에 따라 적절한 유지보수를 수행할 수 있게 하는 시스템이다.
상기 고장 진단 시스템은 무인 비행체(100) 및 서버(200)를 포함하여 이루어진다.
상기 무인 비행체(100)는 미리 설정된 비행경로로 자동으로 비행하며 영상을 촬영할 수 있는 비행체이다.
도 1에서는 상기 무인 비행체(100)이 회전익 드론인 것으로 도시하였으나 고정익 드론으로 대체가 가능하다.
또한, 상기 무인 비행체(100)는 열 영상(예를 들면, IR영상)을 촬영할 수 있는 열 영상 카메라(101), 일반적인 RGB영상인 가시광 영상을 촬영할 수 있는 가시광 카메라(102) 및 촬영된 열 영상과 가시광 영상을 무선 통신망을 통해 아래에서 설명할 서버(200)로 실시간 전송할 수 있는 통신모듈(도시하지 않음)을 구비한다.
그러나 상기 통신모듈은 구비되지 않을 수 있으며, 관리자는 상기 카메라들(101,102)에서 촬영된 영상을 저장하는 메모리를 탈거하여 상기 서버(200)에 인식시킴으로써 상기 서버(200)가 열 영상 및 가시광 영상을 읽을 수 있게 할 수 있다.
한편, 상기 무인 비행체(100)가 촬영하는 태양광 발전 단지(10)는 복수의 태양광 패널(20)이 설치된 발전 단지이며, 동일한 라인에 설치되는 태양광 패널들을 스트링(30)이라고 한다.
또한, 상기 태양광 패널(20)은 복수 개의 셀(21)들이 격자형태로 구비되어 있으며, 이 셀(21)들은 서로 직결된다.
상기 서버(200)는 상기 무인 비행체(100)로부터 통신망을 통해 무선으로 상기 열 영상 및 상기 가시광 영상을 수신한다.
그러나 전술한 바와 같이 상기 서버(200)는 오프라인으로 메모리를 인식함으로써 상기 열 영상 및 상기 가시광 영상을 수신할 수 있다.
또한, 상기 서버(200)는 영상 처리 기능을 수행할 수 있는 프로세서와 상기 무인 비행체(100)와 통신할 수 있는 통신모듈, 입출력장치 등이 포함된 컴퓨팅 장치이다.
또한, 상기 서버(200)는 일반적인 퍼스널 컴퓨터나 서버 컴퓨터뿐만 아니라 본 발명을 위해 특별히 제작된 하드웨어의 조합이나 스마트폰, 테블릿과 같은 스마트 기기일 수도 있다.
또한, 상기 서버(200)는 상기 열 영상을 분석하고 열 영상 중, 열화 영역의 형태, 분포 또는 크기에 따라 고장 종류를 판단한다.
또한, 상기 서버(200)는 크게 세 종류의 열화 영역을 검출할 수 있는데, 도 2에 도시한 바와 같이 하나의 패널(20)에서 한 줄의 셀이 열화(20a)된 경우, 도 3에 도시한 바와 같이 하나의 스트링(30)이 열화(30a,30b)된 경우, 도 4에 도시한 바와 같이 하나의 패널(20)에 스폿 형태로 열화 영역(20b,20c)이 존재하는 경우이다.
또한, 스폿 형태의 열화는 도 4의 (a)와 같이 하나의 스폿이 형성된 열화(20b), 하나의 패널(20)에 여러 군데 스폿이 형성된 열화(20c)로 구분하여 검출할 수 있다.
또한, 상기 서버(200)는 도 2에 도시한 바와 같이 한 줄의 셀이 열화(20a)된 경우에는 정션박스(junction box)의 다이오드 고장 또는 패널(20)들을 직결로 연결하는 버스바(bus bar) 고장으로 판단하고, 도 3에 도시한 바와 같이 하나의 스트링(30)이 열화(30a,30b)된 경우 단선에 의한 커넥터 고장(30a) 또는 패널(20)들의 누설 전류에 의한 PID 현상(30b)에 의한 고장으로 판단하며, 도 4의 (a)와 같이 하나의 패널(20)에 하나의 핫 스폿이 존재할 경우 나뭇잎이나 조류의 배설물과 같은 오염물에 의한 열화(20a)로 판단하고, 도 4의 (b)와 같이 하나의 패널(20)에 여러 핫 스폿이 분산되어 존재할 경우 패널의 파손에 의한 열화(20c)로 판단한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 진단 시스템은 태양광 패널(20)에서 출력되는 전류 및 전압의 검출없이 열 영상만으로 고장의 종류를 구분하며 검출할 수 있으므로 유지 보수 비용이 적고 고장 종류와 위치를 정확하게 진단할 수 있는 장점이 있다.
한편, 열 영상만으로 고장을 검출할 때, 도 5의 (b)와 같이 빛 반사(50)에 의해서도 도 5의 (a)와 같은 열화 영역(40)이 나타나는데, 이 경우 고장으로 검출될 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 고장으로 진단된 태양광 패널이나 스트링에 빛 반사(30)에 의한 열화 영역(40)이 존재하는지 확인하고 만약 존재할 경우에는 고장 판단에 오류가 있는 것으로 검출하여 고장이 아닌것으로 판단한다.
예를 들면, 상기 빛 반사(30)에 의한 열화 영역(40)은 가시광 영상의 RGB 평균값이 거의 '255'가 되는데 고장으로 판정된 태양광 패널의 RGB 평균값이 임계값(약 '200') 이상일 경우에는 고장이 아닌 빛 반사에 의한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 가시광 영상을 2진 영상으로 변환한 후, 흰색 영역의 크기가 임계면적 이상일 경우에도 고장이 아닌 빛 반사에 의한 오류로 판단할 수 있다.
또한, 상기 가시광 영상은 상기 무인 비행체(100)로부터 실시간으로 시간의 흐름에 따라 수신될 수 있는데, 이 경우 태양의 고도에 따라 빛 반사 정도가 달라지므로 고장으로 판단된 패널의 RGB 평균값이 시간의 흐름에 따라 변화할 경우에도 빛 반사(30)에 의한 고장 검출로 판단하여 고장이 발생하지 않은 것으로 판정할 수 있다.
또한, 빛이 반사되지 않는 정상 상태에서 태양광 패널의 RGB 평균값을 미리 저장하고(범위로 저장될 수 있음), 현재 고장으로 판단된 태양광 패널의 RGB 평균값이 미리 저장된 RGB 평균값을 벗어날 경우 고장이 아닌 것으로 판정할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10:태양광 발전 단지 20:태양광 패널
30:스트링 100:무인 빙행체
101:열 영상 카메라 102:가시광 카메라
200:서버

Claims (4)

  1. 태양광 패널들이 군집한 태양광 발전 단지의 상공을 비행하며, 태양광 패널의 열 영상과 가시광 영상을 획득하는 무인 비행체; 및
    상기 무인 비행체로부터 상기 열 영상 및 상기 가시광 영상을 수신하여 상기 태양광 패널의 고장을 진단하는 서버;를 포함하며,
    상기 서버는 상기 열 영상 중의 열화 영역의 형태, 분포 또는 크기에 따라 고장 종류를 판단하고, 상기 가시광 영상을 이용하여 고장 판단의 오류를 검출하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널의 고장 진단 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 열 영상의 열화부위를 검출하여,
    하나의 패널에 한 줄의 셀들이 열화되었을 때, 정션박스(junction box)의 다이오드 고장 또는 패널의 셀들을 직결로 연결하는 버스바(bus bar)고장으로 판정하고,
    한 줄의 패널들(스트링:string)이 열화되었을 때, 단선에 의한 커넥터 고장 또는 패널들의 누설 전류에 의한 PID(potential induced degradation) 현상으로 판정하고,
    하나의 패널이 부분적으로 열화되었을 때, 오염물이나 그림자에 의한 핫 스팟 현상 또는 패널의 파손으로 판정하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널의 고장 진단 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 서버는 상기 열 영상을 통한 고장 판단 이후에,
    고장으로 판정된 패널(이하, '고장 패널'이라 함)의 상기 가시광 영상에서 빛 반사가 존재하는지 판단하고 빛 반사가 존재할 경우, 고장이 발생하지 않은 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널의 고장 진단 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 빛 반사는 상기 고장 패널의 RGB 평균값이 임계값 이상일 경우, 상기 고장 패널의 RGB 평균값이 시간의 흐름에 따라 변화할 경우, 상기 고장 패널의 RGB 평균값이 미리 저장된 정상 패널의 RGB 평균값 범위를 벗어날 경우에 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널의 고장 진단 시스템.
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KR20190066135A (ko) 2017-12-05 2019-06-13 유성희 태양광 발전시스템의 고장 진단 시스템
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