KR20210100239A

KR20210100239A - 비행체를 활용한 태양광발전 유지관리 방법

Info

Publication number: KR20210100239A
Application number: KR1020200013512A
Authority: KR
Inventors: 임채환; 임호성
Original assignee: 주식회사 쏠라크리닉
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-08-17

Abstract

본 발명은 무인항공기를 이용하여 태양광발전설비의 유지관리를 위하여 태양광발전 모듈 표면의 온도 그래디언트에 대한 데이터를 수집하고 이를 통해서 전력생산의 균일성을 파악하여 모듈표면의 오염도, 음영, 모듈의 불량 등을 알아낼 수 있는 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 무인항공기에 장착된 적외선 카메라로써 태양광발전설비의 열화상 이미지 데이터를 수집하고, 이를 분석하는 시스템에 관한 것이다. 태양광발전설비 상공을 비행하며 태양광 모듈들의 열화상 이미지를 촬영하는 무인항공기와, 상기 무인 항공기의 착륙 시 자동 또는 수동으로 상기 무인 항공기에 접속되어 무인 항공기의 비행중 촬영된 열화상 이미지를 전달받아 저장하고 유지하는 데이터 저장부와, 상기 데이터 저장부로부터열화상 이미지를 전달받아 열화 모듈을 검출하는 영상 분석부를 포함하는 태양광발전설비의 모듈 표면 온도에 관한 데이터 수집 및 분석 시스템이 제공된다.

Description

비행체를 활용한 태양광발전 유지관리 방법 {THE OPERATING AND AINTENANCE METHO OF PHOTOVOLTAIC POWER PLANT USING UNMANNED AERIAL VEHICLE}

본 발명은 무인항공기를 이용하여 태양광발전설비의 유지관리를 위하여 태양광발전 모듈 표면의 온도 그래디언트에 대한 데이터를 수집하고 이를 통해서 전력생산의 균일성을 파악하여 모듈표면의 오염도, 음영, 모듈의 불량 등을 알아낼 수 있는 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 무인항공기에 장착된 적외선 카메라로써 태양광발전설비의 열화상 이미지 데이터를 수집하고, 이를 분석하는 시스템에 관한 것이다.

천연자연의 고갈과 화력 및 원자력 발전에 대한 환경, 안전성 등의 문제가 제기되면서 세계적으로 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 국제적으로 이산화탄소의 배출권이 하나의 상품으로 되어 각 나라는 이산화탄소 배출권을 확보하기 위한 각종의 대책 마련을 위해 노력하고 있다. 우리나라 역시 이에 대한 신재생에너지의무제도 등의 장려정책이 제도화되어 시행이 확대되고 있다.

태양광발전은 그 보급확산이 가장 활발한 신재생에너지로써, 그 안정성과 수익성이 지난 10년 이상의 보급기간과 보급량을 통해 검증된바가 있으나, 이에 따라 유지관리의 중요성 역시 점차 증대되고 있다.

이에 태양광을 이용한 발전장치는 최근 주요한 발전 장치로 권장되면서 많은 시설이 개발되고, 현장에 설치 운용되고 있다. 이러한 태양광을 이용한 발전장치에서는 복수의 태양전지 셀이 직렬연결되어 태양전지 모듈을,복수의 태양전지 모듈이 직렬연결되어 태양전지 어레이를 형성한다. 그런데, 태양전지 모듈은 시간의 경과에 따라서 여러 가지 요인에 의해 열화하는 경향이 있다. 이러한 열화모듈은 태양전지 어레이 상 전기적인 저항으로 작용하여 전체적인 출력을 떨어뜨리는 요소로 작용한다. 이를 핫스팟(Hot Spot) 현상이라고 한다. 이러한현상은 어레이 상으로 그림자가 지게 되는 음영현상과 함께 대표적인 태양광발전장치의 출력 저하 요인으로 꼽힌다. 따라서, 열화모듈을 판별하여 교정하는 일은 태양광발전 운영관리의 핵심적인 사항이다.

열화모듈은 태양전지 어레이 상 전기적인 저항으로 작용하기 때문에, 열화모듈은 정상적인 모듈보다 온도가 높다는 특징이 있다. 따라서, 적외선 감지 카메라를 사용하여 태양전지 어레이를 촬영하면 정상적인 모듈과 차별되는 색깔을 띄는 열화모듈을 판별 가능하다. 도1은 적외선 카메라를 사용하여 태양전지 어레이를 촬영한 모습을 나타내는 도면이다. 도1의 우측 중앙 부분에 나머지 모듈과 차별화되는 밝은 색깔을 띄는 모듈이 존재한다.이는 주변의 온도보다 높은 온도를 나타내는 태양전지 모듈로서 열화 모듈이다. 이와 같이 적외선 카메라를 사용하여 태양전지 어레이를 촬영하는 종래의 방식은 크게 두 가지가 있었다.

첫번째는 사람이 적외선 카메라를 들고 태양전지 어레이들을 돌며 일일이 촬영하는 것이었다. 적외선 카메라를 태양전지 어레이에 직각으로 배향한 채로 촬영할 때 가장 정확한 영상 데이터를 얻을 수 있으므로 사람이 일일히 배향 각도로 맞춰가며 찍게 되면 영상 데이터의 신뢰성을 높일 수 있다는 장점은 있으나, 광대한 지역에 배열된 태양전지 어레이들을 일일이 사람이 촬영하는 것은 소요되는 시간과 비용 측면에서 매우 불리하였다. 두번째는 태양전지 어레이 곳곳에 적외선 카메라를 고정 설치하는 방식이었다. 이 방식은 정확한 영상 데이터를 빠른 시간 안에 얻을 수 있는 점에서는 유리하다. 하지만, 적외선 카메라 해상도의 한계로 인하여 하나의 카메라로 커버할 수 있는 태양전지 어레이들의 수가 제한될 수 밖에 없고 적은 수의 적외선 카메라로는 모든 태양전지 어레이들에 대하여 적절한 배향각을 확보하기가 어렵기 때문에 고가의 적외선 카메라를 매우 많이 설치할 필요가 있었다. 따라서, 초기 설치비용이 매우 크다는 단점이 있다.

최근 태양전지 어레이의 모니터링을 통하여 얻은 영상 데이터는 태양광발전설비의 상태를 나타내는 귀중한 데이터로서 그 중요성이 점차 커지고 있다. 특히, 이러한 데이터는 태양전지 어레이의 열화 상태는 물론, 향후 발전량을 예측할 수 있는 판단의 기초적인 자료로서 의미가 크다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이와 같이 귀중한 영상 데이터를 수집하는 과정에 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 절감하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 적외선 카메라가 장착된 무인 항공기를 통하여 영상 데이터를 수집하는데 있어서, 최적의 무인 항공기 운영 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 무인 항공기에 의하여 수집된 영상 데이터를 분석하여 태양전지 어레이의 열화 및 오염상태를 저비용, 체계적, 고효율로 판별할 수 있는 수집 및 분석 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 태양광발전설비 상공을 비행하며 태양광 모듈들의 열화상 이미지를 촬영하는 무인항공기와, 상기 무인 항공기의 착륙 시 자동 또는 수동으로 상기 무인 항공기에 접속되어 무인 항공기의 비행중 촬영된 열화상 이미지를 전달받아 저장하고 유지하는 데이터 저장부와, 상기 데이터 저장부로부터 열화상 이미지를 전달받아 열화 모듈을 검출하는 영상 분석부를 포함하는 태양광발전설비의 모듈 표면 온도에 관한 데이터 수집 및 분석 시스템이 제공된다.

여기서, 상기 무인 항공기는 비행을 위한 동력을 발생시키는 구동부와, 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부와, 양광 모듈들의 열화상 이미지를 촬영하는 적외선 카메라와, 상기 적외선 카메라가 촬영한 열화상 이미지들을 장하는 영상데이터 저장부와, 상기 영상데이터 저장부에 저장된 열화상 이미지들을 상기 데이터 저장부에 전달하는 인터페이스부와, 상기 구동 제어부로의 제어 신호를 생성하는 비행제어신호 생성부와, 상기 비행제어신호 생성부에 연결되어 사전 설정된 비행 정보를 전달하는 비행정보 저장부와, 상기 비행제어신호 생성부에 연결되어 현재 비행상태 정보를 전달하는 비행상태 탐지부와, 상기 적외선 카메라로 촬영 실시 신호를 전달하는 카메라 제어부를 포함할 수 있다.

무인항공기의 자동 유도 방식과 관련하여, 상기 무인 항공기는 GPS 신호에 의해 유도되거나 GPS 신호와 태양광패널에 배치된 초음파 발신기가 발신한 신호 모두에 의해 유도될 수 있다. GPS 유도를 위해 상기 비행정보 저장부는 비행정보를 GPS 데이터로 저장하고, 비행상태 탐지부는 비행상태를 GPS 수신에 의해 감지한다. 초음파 신호 유도를 위하여 상기 무인 항공기는 태양광 패널에 배치된 초음파 발신기가 발신한 신호를 수신하는 초음파 수신기를 구비한다. 상기 초음파 수신기로부터 획득된 태양광 패널과 무인 항공기 사이의 거리 정보는 비행제어신호 생성부에 전달되어 GPS 유도된 무인 항공기의 위치를 정밀하게 보정할 수 있다. 상기 초음파 수신기로부터 획득된 태양광 패널과 무인 항공기 사이의 거리 정보는 비행상태 탐지부를 경유하여 비행제어신호 생성부에 전달되도록 구성될 수 있다. 한편, 상기 카메라 제어부는 상기 비행상태 탐지부로부터 무인 비행기의 현 위치에 대한 정보를 전달받고, 무인비행기가 사전 설정된 위치에 도달 시 적외선 카메라로 촬영 실시 신호를 출력하도록 실시될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 적외선 카메라로 촬영된 열화상 이미지는 상기 영상데이터 저장부에 저장될 때 상기 촬영이 실시된 위치에 대한 정보와 연동되도록 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명인 태양광발전설비의 모듈 표면 온도에 관한 데이터 수집 및 분석 시스템의 일 구성요소인 상기 영상 분석부는 상기 데이터 저장부에 저장된 열화상 이미지들을 동일한 배율의 열화상 이미지 및 동일한 기준 온도별 칼라 그라디언트(Color Gradient)로 보정하는 영상 보정부와, 상기 영상 보정부에 의해 보정된 열화상 이미지들의 모듈배치도를 디스플레이하는 디스플레이부와, 상기 디스플레이부에 출력된 모듈배치도에서 열화된 모듈을 판단하여 열화모듈이 시각적으로 표시되도록 하는 열화모듈 검출부을 포함할 수 있다. 이로써, 사용자는 디스플레이 장치에 표시된 열화모듈 및 오염모듈을 인지한 후 문제 모듈에 대한 해결 조치를 실행함으로써 태양광발전설비의 출력을 향상시킬 수 있다. 이 외에도, 본 발명의 기술적 사상에 따라 다른 구성이 더 제공될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 태양광발전설비의 모듈 표면 온도에 관한 데이터 수집 및 분석 시스템이 무인 자동화될 수있다. 따라서, 인력비용이 크게 절감된다. 또한, 본 발명에 따르면, 1회의 태양광발전설비 모듈 표면 온도에 관한 데이터 수집 및 분석에 소요되는 시간과 비용이 대폭 절감되어 태양광발전설비의 유지관리(Operation & Maintenance) 측면에서 매우 유리한 효과가 달성된다. 즉, 보다 빠른 주기의 태양광발전설비 모니터링이 가능해져 열화모듈의 조기 발견과 조기 조치가 가능해

진다. 또한, 본 발명에 따르면, 태양광발전설비의 상태에 관한 빅데이터(Big Data)를 저비용, 체계적, 고효율로 구축할 수 있게 되어, 이를 활용하여 태양전지 어레이의 열화 상태 판별은 물론, 향후 발전량을 예측하는데 있어서매우 유리한 효과가 달성된다.

도1은 적외선 카메라를 사용하여 태양전지 어레이를 촬영한 모습을 도시한 도면이다.
도2는 본 발명에 따른 적외선 카메라를 탑재한 무인 항공기의 구성요소를 도시하는 도면이다.
도3은 본 발명의 무인 항공기(100)가 구비할 수 있는 GPS(Global positioning system)의 위치정보 보정수단에 의한 위치 보정 방식을 도시하는 도면이다.
도4는 본 발명에 따른 무인 항공기(100)가 기지에 귀환하여 비행 도중 촬영한 영상 데이터를 기지에 고정 설치된 데이터 저장부(200) 및 영상 분석부(300)에 전달하는 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도5는 본 발명에 따른 영상 분석부의 구성요소를 도시하는 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 태양전지는 태양광의 조사(照射)에 의한 에너지를 직접 전기 에너지로 바꾸는 반도체 장치로서, 태양광 발전에 사용되는 대표적인 실리콘 셀은 쾌청할 때의 직사일광을 받는 1cm2의 면적에서 대략적으로 0.45V, 30mA의 특성을 얻을 수 있다.

이와 같은 개별 실리콘 셀들이 복수 개 직렬연결되어 태양전지 모듈을 구성하고, 태양전지 모듈이 직렬로 연결되어 태양광발전설비의 어레이를 형성한다. 도1은 적외선 카메라를 사용하여 태양전지 어레이를 촬영한 모습을 도시한 도면이다 태양전지 모듈들 차별화되는 색깔의 태양전지 모듈이 존재함을 알 수 있다. 이는 주변의 온도보다 높은 온도를 나타내는 태양전지 모듈로서 열화 모듈이다. 이러한 열화 모듈에 의하여 핫스팟(Hot Spot) 현상이 발생한다. 태양전지 모듈의 핫스팟 현상은 현장에서 동작 중에 전류능력이 떨어지는 셀을 포함한 모듈에서 나타나는 현상으로, 열의 크기는 외기 온도, 일사량, 전류 등에 따라 달라진다. 만약 현장에서 동작하는 전류가 10A라고 하고, 셀의 크랙에 의해 핫스팟이 난 셀의 허용 전류가 셀의 크랙 부분에 의해 8A라고 한다면, 10A의 동작 전류를견디지 못하고 발전이 아닌 부하(Load)로서 작용하여 발열이 일어나게 된다. 만일 현장에서 동작하는 전류가5A라고 하면, 셀이 크랙, 즉 금이 가거나 파손이 되는 등의 현상이 발생했더라도 핫스팟 현상은 일어나지 않는다.

또한 온도 그래디언트를 통해서 모듈표면의 오염정도, 발생전력에 비례하는 발열량, 지형적, 기후적 요건에 의한 풍향에 의한 냉각의 차이, 그러한 냉각온도의 차이에 의한 전력발생 구배 등 다양한 운영관리 정보를 열화상 사진을 통해 얻을 수 있다.

본 발명의 특징은 전류능력이 떨어지는 셀을 포함하는 열화 모듈의 감지를 위하여 적외선 카메라가 탑재된 무인항공기를 이용한다는 점이다. 적외선 카메라는 물체가 발산하는 적외선을 영상으로 나타내 주는 장비로서, 배관라인의 유동상태 점검 및분석, 건축물의 냉/난방 단열 및 보온상태 진단, 송배전 전기설비의 과열상태 진단, 각종 기기 열 설계, 지열조사, 육지 동/식물 생태조사, 해양 표면 및 지표면 온도분포 관찰, 공장 시설의 침입감시 및 화재감시, 발전소/변전소의 침입감시, 차량 및 비행기용 나이트 비젼 등 산업응용, 연구개발, 보안감시 등의 분야에서 다양하게 사용된다. 이러한 적외선 카메라는 눈에 보이지 않는 적외선을 검출하여 에너지량과 온도의 상관관계로부터 열화상을 획득한다. 물체로부터 방사된 복사에너지를 검출하기 위해서는 적외선 검출소자(IR Detector)가 사용된다. 상기검출소자는 적외선 에너지를 광자로서 흡수하고, 흡수된 적외선 광자들은 검출기 내에 전자를 여기시켜 전류를 발생한다. 여기된 광자의 수에 따라 검출기 내의 전기저항도 비례적으로 변하게 되며, 이 저항변화를 검출하여 디지털 레벨 값으로 저장한다. 디지털 레벨 값은 온도 보정 함수를 이용하여 온도로 변환이 되고, 변환된 온도값은 밝기 값에 맞는 열화상으로 생성된다. 일반적인 적외선 카메라는 피사체에서 발생된 자외선을 IR-Lens를 통해 입력하고, 입력된 IR신호는 IR Detector에 상이 맺혀서 array로 구성된 초기 영상신호로 입력된다. 입력된 신호는 증폭기(Amplifier)를 통해 적합한 크기의 신호로 증폭된 후 처리부(Processor)에서 설정된 방사율에 따른 입력화면의 온도를 계산한 후 신호 발생기(Signal-generator)를 통해 사용자가 눈으로 볼 수 있는 화상 또는 파일로 출력한다.

도2는 이와 같은 적외선 카메라를 탑재한 무인 항공기의 구성요소를 도시한 도면이다. 본 발명은 무인 항공기의 외적 형상에 특징이 있는 것이 아니기 때문에 무인 항공기의 전체적인 외부 모습에 대한 도시는 생략하기로 한다. 무인 항공기(100)는 구동부(101)를 포함한다. 구동부(101)는 무인 항공기의 비행 동력을얻기 위한 기계장치를 포함한다. 양력을 얻기 위한 로터, 로터를 구동하기 위한 전기 모터 또는 내연기관 등의 동력 생성 장치, 동력원이 되는 배터리 또는 연료저장소 또는 연료전지 등이 이에 해당한다. 무인 항공기(100)의 구동부(101)는 구동 제어부(102)에 의하여 제어된다. 구동 제어부(102)는 사전 설정된 비행 경로, 비행 자세, 비행 고도 및 비행 속도를 유지하도록 구동부(101)를 제어한다. 이를 위해, 비행제어신호 생성부(106)는 비행정보 저장부(107)와 비행상태 탐지부(108)로부터 데이터를 받아 구동부 제어부(102)로의 제어 신호를 생성한다.

비행정보 저장부(107)는 무인 항공기의 비행경로, 고도, 속도 및 자세에 대한 사전 설정된 정보를 저장하고 있다. 한편, 비행상태 탐지부(108)는 무인 항공기의 현재 위치, 고도, 속도 및 자세를 감지하여 데이터를 생성한다. 비행정보 저장부(107)와 비행상태 탐지부(108)로부터 데이터를 전달받은 비행제어신호 생성부(106)는 비행정보저장부(107)로부터의 데이터와 비행상태 탐지부(108)로부터의 데이터를 비교한다. 만일, 특정 위치에서 사전설정된 비행 정보와 현재 비행상태의 차이가 발생하는 경우, 비행제어신호 생성부(106)는 현재 비행상태를 사전설정된 상태로 복귀시키기 위한 제어 신호를 생성하여 구동 제어부(102)로 출력하고, 구동 제어부(102)는 이 신호에 따라 구동부(101)를 제어하여, 무인 항공기(100)가 사전 설정된 비행 경로, 비행 자세, 비행 고도 및 비행

속도를 유지할 수 있도록 한다. 비행상태 탐지부(108)는 GPS 위성으로부터 수신된 GPS 값으로부터 현재 위치를 [0041] 감지할 수 있다. 무인 비행기(100)가 GPS 유도되는 경우에는 비행상태 탐지부(108)에서 탐지된 GPS 값이 비행 정보 저장부(107)에 저장된 사전 설정된 비행 경로 및 고도에 대한 GPS 값과 대비된다. 이러한 대비는 비행제어신호 생성부(106)에서 실행된다. 비행 속도는 별도의 속도계에 의하여 탐지될 수도 있고, 탐지되는 GPS 데이터의 시간에 따른 변화를 계산하여 얻을 수도 있다. 비행 자세, 즉 무인 비행기(100) 몸체의 기울어짐에 관한 정보는 자이로스코프 또는 이와 동일한 기능을 수행하는 수단에 의하여 탐지될 수 있다. 적외선 카메라(103)의 태양전지 어레이에 대한 지향 방향이 수집된 영상 정보의 질에 영향을 미치기 때문에 무인 비행기(100)의 비행 자세에 대한 제어 또한 필요할 수 있다.

무인 항공기(100)에 설치된 제1 수신기와 제2 수신기로부터 이와 같은 거리 정보가 검출되면, 무인 항공기(100)는 GPS 유도에 의해 대략적으로 촬영이 이루어져야 하는 위치(실제 촬영이 이루어져야 하는 정확한 위치에서대략 3미터 내지 5미터의 편차를 가질 수 있음)까지 유도된 이후, 보다 정밀하게 태양광 패널 상단에서 위치 보정 가능하다. 무인 항공기(100)에 설치된 제1 수신기와 제2 수신기로부터 획득된 거리 정보는 무인 항공기(100)의 비행상태 탐지부(108)에 전달될 수 있다. 이 경우, 비행상태 탐지부(108)에서 거리 정보를 이용하여 GPS 신호에 의해 인식된 무인 항공기(100)의 위치를 보정된 보다 정확한 위치로 보정할 수 있다. 그 이후, 비행상태 탐지부(108)에서 GPS 신호에 의해 1차 탐지되고 상세 GPS post 들의 위치정보 보정수단에 의해 보정된 무인 항공기(100)의 실제 정확한 위치정보는 비행제어신호 생성부(106)에 전달되어 보다 정확한 비행제어신호를 생성하도록한다. 이로써 실제 촬영이 이루어져야 하는 위치에 최대한 근접한 위치에서 태양광 패널을 촬영할 수 있다.

무인 항공기(100)에 장착된 적외선 카메라(103)는 카메라 제어부(109)에 의해 제어된다. 카메라 제어부(109)에의해 촬영 신호를 받으면 적외선 카메라(103)는 촬영을 실시한다. 한편, 카메라 제어부(109)는 비행상태 탐지부(108)로부터 현재 위치에 대한 정보를 수신한다. 이러한 방식으로, 무인 항공기가 적외선 영상 촬영을 실시하여야 하는 특정 위치에 도달한 때 카메라 제어부(109)에 의하여 촬영 신호가 생성되고 적외선 카메라(103)가 촬영을 실시할 수 있다. 본 발명의 무인 항공기(100)에는 적외선 카메라(103)가 촬영 각도를 조절할 수 있는 짐벌(gimbal)에 의해 장착될 수도 있으며, 이 경우 카메라 제어부(109)는 짐벌을 작동시키는 액츄에이터의 제어신호를 생성하는 것도 가능하다.

적외선 카메라(103)로부터 촬영된 영상 데이터는 무인 항공기(100) 내부에 제공된 영상데이터 저장부(104)에 저장된다. 영상데이터 저장부(104)가 적외선 카메라(103)로부터 촬영된 영상 데이터를 저장 시, 촬영이 실시된 위치 정보를 촬영된 영상 데이터에 연동하여 저장하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 영상데이터 저장부(104)가 비행상태 탐지부(108)로부터의 위치 정보를 수신할 수 있다. 영상 데이터 저장 시 연동 저장되는 이러한 위치 정보는 카메라 제어부(109)로부터 영상데이터 저장부(104)로 전달되는 형태의 실시도 가능하다. 카메라 제어부(109)는 적외선 카메라(103)로의 촬영 실시 명령을 내리는데 있어서 비행상태 탐지부(108)로부터 위치 정보를 수신하는데, 촬영 실시 신호를 적외선 카메라(103)로 전달함과 동시에 비행상태 탐지부(108)로부터 수신한 위치 정보를 영상 데이터 저장부(104)로 전달함으로써, 적외선 카메라(103)에 의해 촬영된 영상 데이터가 촬영이 실시된 위치 정보와 연동 저장되도록 할 수 있다. 이러한 방식으로 영상 데이터를 저장하면, 향후 영상 분석 시 특정 영상 데이터가 어느 위치에서 촬영된 것인지를 쉽게 확인할 수 있다. 만일 특정 영상 데이터에서 열화 모듈이 감지되면, 그 위치를 손쉽게 확인할 수 있게 된다.

영상데이터 저장부(104)는 인터페이스부(105)에 연결된다. 인터페이스부(105)는 무인 항공기(100)가 기지로 귀환 시, 바람직하게는 자동으로 기지의 데이터베이스와 연결되어 비행 도중 촬영한 영상 데이터 정보를 기지의 데이터베이스로 전달하는 기능을 수행한다.

[0052] 도3은 본 발명에 따른 무인 항공기(100)가 태양광발전설비의 정해진 경로를 따라 비행하는 모습을 개략적으로 도시한다. 도2와 관련하여 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무인 항공기(100)는 GPS 위성으로부터의 신호를 수신하여 유도될 수도 있고, 사전 설정된 경로를 따라 배치된 비행 표식을 따라 유도될 수도 있고, GPS 신호와 비행 표식 모두에 의해 유도될 수도 있다. 무인 항공기(100)가 GPS 신호와 비행 표식 모두에 의해 유도될 수 있도록 실시되는 경우, GPS 신호 인식과 비행 표식 인식 중 어느 하나에 일시적인 장애가 생기는 경우에 도 미리 설정된 비행 계획에 따라 무인 항공기(100)가 안정적으로 유도될 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

도4는 본 발명에 따른 무인 항공기(100)가 기지에 귀환하여 비행 도중 촬영한 영상 데이터를 기지에 고정 설치 된 데이터 저장부(200) 및 영상 분석부(300)에 전달하는 모습을 개략적으로 도시한다. 도4에는 데이터 저장부(200)와 영상 부석부(300)가 별개의 장치로 나뉘어 실시되는 실시 형태가 도시되었으나, 데이터 저장부(200)와 영상 분석부(300)가 하나의 장치 내에 마련되는 실시 형태도 본 발명의 범주에 포함된다.

무인 항공기(100)의 인터페이스부(105)는 무인 항공기(100)의 정해진 위치로의 착륙에 따라 인력에 의하여 기지의 고정 설치 데이터 저장부(200)의 인터페이스와 연결하는 작업 없이 자동으로 데이터 저장부(200)의 인터페이스와 연결되도록 구성됨이 바람직하다. 이를 위하여 무인 항공기(100)가 착륙한 상태에서 무인 항공기(100)의 인터페이스(105)가 특정 위치에 위치되도록 무인 항공기(100)를 착륙 제어함이 바람직하다. 데이터 저장부(200)는 무인 항공기(100)의 비행 회차마다 촬영된 영상 데이터들을 누적적으로 저장하며 유지한다. 이와 같이 누적된 영상 데이터는 태양광발전설비의 시간에 따른 상태 변화를 기록한다.

도5는 영상 분석부(300)의 기능 구성을 보다 구체적으로 도시하는 도면이다. 영상 분석부(300)는 데이터 저장부(200)로부터 분석하고자 하는 영상 데이터를 선별하여 로드하고 분석을 실행한다.

영상 분석부(300)는 선택적으로 영상 보정부(301)를 포함할 수 있다. 영상 보정부(301)는 데이터 저장부(200)에서 전송된 적외선 카메라에 의해 촬영된 열화상 이미지들을 동일한 배율의 열화상 이미지 및 동일한 기준 온도별 칼라 그라디언트(Color Gradient)로 보정하여 태양광발전설비에서 모듈의 열화를 손쉽게 검출하여 교정할 수 있게 하기 위하여 구비될 수 있다.

또한, 영상 분석부(300)는 디스플레이부(302)를 포함할 수 있다. 이 디스플레이부(302)는 영상 보정부(301)에의해 보정된 열화상 이미지들을 디스플레이하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 디스플레이부(302)에는 모듈배치도 형태로 열화상 이미지들이 화면상에 나타날 수 있는데, 상기 모듈배치도는 실제로 촬영된 태양광발전설비의 모듈의 위치와 동일하게 배치될 수 있다. 즉, 상기 영상 보정부(301)에서 보정된 열화상 이미지들이 디스플레이부(302)로 전송되면, 디스플레이부(302)에서는 모듈 배치도 형태로 출력될 수 있도록 구성될 수 있다. 이 과정에서 무인 항공기(100)의 적외선 카메라(103)로 촬영 실행 시 촬영된 열화상 이미지와 연동되어 저장된 촬영위치에 관한 정보가 활용될 수 있다.

영상 분석부(300)는 열화모듈 검출부(303)를 더 포함할 수 있는데, 이 열화모듈 [0059] 검출부(303)는 디스플레이부(302) 상에 출력되는 모듈배치도에서 열화된 모듈을 판단하여 시각적으로 나타내는 기능을 수행한다. 즉, 열화모듈 검출부(303)는 모듈배치도에 열화모듈이 표시되도록 구성될 수 있는데, 예를 들어, 열화상 이미지 내의 각 모듈의 칼라값의 최대치(Max 값)가 전체 모듈의 칼라값의 평균치보다 크면 열화모듈(또는 열화셀)로 표시되도록 구성될 수 있다.

[0060] 이상 설명한 영상 분석부(300)의 하부 기능 구조들은 하나의 화상분석 소프트웨어로서 구현되어 디스플레이 장치에 열화모듈이 사용자가 판별하기 쉬운 형태로 출력되도록 실시될 수 있다. 이로써, 사용자는 디스플레이 장치에 표시된 열화모듈을 인지한 후 열화 모듈에 대한 조치를 실행함으로써 태양광발전설비의 출력을 향상시킬 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.

100: 무인 항공기
101: 구동부
102: 구동 제어부
103: 적외선 카메라
104: 영상데이터 저장부
105: 인터페이스부
106: 비행제어신호 생성부
107: 비행정보 저장부
108: 비행상태 탐지부
109: 카메라 제어부
200: 데이터 저장부
300: 영상 분석부
301: 영상 보정부
302: 디스플레이부
303: 열화모듈 검출부

Claims

태양광발전설비 상공을 비행하며 태양광 모듈들의 열화상 이미지를 촬영하는 무인 항공기(100)와,
상기 무인 항공기의 착륙 시 자동 또는 수동으로 상기 무인 항공기에 접속되어 무인 항공기의 비행 중 촬영된열화상 이미지를 전달받아 저장하고 유지하는 데이터 저장부(200)와,상기 데이터 저장부(200)로부터 열화상 이미지를 전달받아 열화 모듈을 검출하는 영상 분석부(300)를 포함하고,
상기 무인 항공기(100)는 비행을 위한 동력을 발생시키는 구동부(101)와,상기 구동부를 제어하는 구동 제어부(102)와,태양광 모듈들의 열화상 이미지를 촬영하는 적외선 카메라(103)와,상기 적외선 카메라(103)가 촬영한 열화상 이미지들을 저장하는 영상데이터 저장부(104)와,상기 영상데이터 저장부(104)에 저장된 열화상 이미지들을 상기 데이터 저장부(200)에 전달하는 인터페이스부(105)와,
상기 구동 제어부(102)로의 제어 신호를 생성하는 비행제어신호 생성부(106)와,상기 비행제어신호 생성부(106)에 연결되어 사전 설정된 비행 정보를 전달하는 비행정보 저장부(107)와,상기 비행제어신호 생성부(106)에 연결되어 현재 비행상태 정보를 전달하는 비행상태 탐지부(108)와,상기 적외선 카메라(103)로 촬영 실시 신호를 전달하는 카메라 제어부(109)를 포함하고,상기 무인 항공기(100)는 GPS 신호에 의해 1차 유도되며, 태양광 패널에 배치된 초음파 발신기가 발신한 신호에
의해 2차 유도되고,상기 GPS 신호에 의한 1차 유도를 위해 상기 비행정보 저장부(107)는 비행정보를 GPS 데이터로 저장하고, 비행상태 탐지부(108)는 비행상태를 GPS 수신에 의해 감지하고,
상기 초음파 신호에 의한 2차 유도를 위하여 상기 무인 항공기(100)는 태양광 패널에 배치된 초음파 발신기가 발신한 신호를 수신하는 초음파 수신기를 구비하고,
상기 초음파 수신기로부터 획득된 태양광 패널과 무인 항공기(100) 사이의 거리 정보는 비행제어신호 생성부(106)에 전달되어 GPS 유도된 무인 항공기(100)의 위치를 정밀하게 보정하는 것을 특징으로 하는 태양광발전설 비의 모듈 표면 온도에 관한 데이터 수집 및 분석 시스템.
제 1항에 있어서, 수소연료전지를 동력원으로 하여 기존 2차전지를 동력원으로 하는 UAV에 비해서 비행시간이 정성적으로는 2배 이상, 정량적으로는 20분 이상 늘어난 것을 특징으로 하는 태양광발전설비의 모듈 표면 온도에 관한 데이터 수집 및 분석 시스템
제1항에 있어서, 상기 GPS 수신기로부터 획득된 태양광 패널과 무인 항공기(100) 사이의 거리 정보는 비행상태 탐지부(108)를 경유하여 비행제어신호 생성부(106)에 전달되는 것을 특징으로 하는 태양광발전설비의 모듈표면 온도에 관한 데이터 수집 및 분석 시스템.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 카메라 제어부(109)는 상기 비행상태 탐지부(108)로부터 무인 비행기(100)의현 위치에 대한 정보를 전달받고, 무인 비행기(100)가 사전 설정된 위치에 도달 시 적외선 카메라(103)로 촬영실시 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 태양광발전설비의 모듈 표면 온도에 관한 데이터 수집 및 분석 시스템.
제4항에 있어서, 상기 적외선 카메라(103)로 촬영된 열화상 이미지는 상기 영상데이터 저장부(103)에 저장될 때 상기 촬영이 실시된 위치에 대한 GPS 데이터와 연동되어 저장되는 것을 특징으로 하는 태양광발전설비의 모듈 표면 온도에 관한 데이터 수집 및 분석 시스템
제 4항에 있어서, 상기 적외선 카메라(103)로 촬영된 열화상 이미지는 실시간으로 무선전송되어서 상기 데이터 저장부(200)에 저장되는 것을 특징으로 하는 태양광발전설비의 모듈 표면 온도에 관한 데이터 수집 및 분석 시스템
제1항에 있어서, 상기 영상 분석부(300)는 상기 데이터 저장부(200)에 저장된 열화상 이미지들을 동일한 배율의 열화상 이미지 및 동일한 기준 온도별 칼라 그라디언트(Color Gradient)로 보정하는 영상 보정부(301)와,상기 영상 보정부(301)에 의해 보정된 열화상 이미지들의 모듈배치도를 디스플레이하는 디스플레이부(302)와,상기 디스플레이부(302)에 출력된 모듈배치도에서 열화된 모듈을 판단하여 열화모듈이 시각적으로 표시되도록 하는 열화모듈 검출부(303)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전설비의 모듈 표면 온도에 관한 데이터 수집 및 분석 시스템.