드론과 LiDAR를 활용한 3D 모델 기반 음영 분석 기술 개발 및 태양광 발전 적합지 평가|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

온실가스 감축을 위해 전 세계적으로 신재생에너지의 보급과 확대 정책이 추진되고 있다. 신재생에너지는 대표적으로 바람을 이용한 풍력 에너지, 물을 이용한 수력에너지, 태양열을 이용한 태양광 에너지 등이 있으며, 최근에는 수소에너지가 새로운 에너지 체계를 구축할 것으로 기대받고 있다. 그러나 일반적으로 신재생에너지는 초기 투자비용 대비 발전 효율성이 떨어진다는 단점이 있다. 가장 대중적인 신재생에너지 중에 하나인 태양광 발전은 최근 급격하게 보급이 증가하고 있으나 도심지나 산간 지역 등에 무분별하게 설치되어 다양한 문제를 유발하고 있다. 따라서 효율적인 태양광 발전과 환경 문제 최소화를 위해서는 태양의 입사각, 태양광 모듈의 온도, 주변 사물에 의한 음영 등을 고려하여 발전효율을 높이고 태양광 모듈을 지속적으로 관리할 필요가 있다. 그중 음영에 따른 발전 효율 또한 전체 발전량에 큰 영향을 미치는 중요한 요인이다. 따라서 잘못된 위치에 발전 시스템을 설치하면 건물이나 주변의 차폐물로 인한 음영이 발생하여 발전효율이 떨어지게 된다. 특히 도심지에서의 건물이나 나무 등으로 인한 음영은 태양광 발전효율에 큰 영향을 끼치므로 태양광 발전 적합지 평가를 위해 음영을 고려한 태양광 에너지 입사 비율 계산이 필요하다. 3D 모델을 이용하면 입체적 공간을 고려하여 태양광의 입사 여부를 파악할 수 있으며, 향후 최적의 태양광 모듈 설치를 위해 음영 구간에서의 태양광의 입사 여부에 대한 분석이 필요하다 판단하였다.
본 연구에서는 강원도에 위치한 강원대학교 삼척캠퍼스를 연구지역으로 선정하였으며, 3D 모델 기반 음영 분석과 이미지 기반 음영 분석을 수행하였다. 연구지역의 3D 모델을 제작하기 위해 DJI 社의 M300 RTK 드론에 ZENMUSE L1 LiDAR를 사용하여 레이저 스캐닝을 수행하였고, MAVIC3 드론을 사용하여 연구 지역에 대해 사진 측량을 수행하였다. 사진 측량 기반의 모델링을 수행하기 위해 스위스의 Pix4D 사에서 제작한 Pix4DMapper 프로그램을 사용하였고, 드론 LiDAR를 이용한 모델링을 위해 TerraSolid 소프트웨어와 Cloudcompare 소프트웨어를 사용하였다. 이후 3D 모델 분석 결과를 2D GIS 기반 분석, 극좌표 형태의 분석과 비교하였으며, 추가로 LiDAR 기반 3D 모델과 이미지 기반 3D 모델의 음영 분석을 비교하였다. 최종적으로 3D 모델상에서 태양광 발전 적합지 평가를 위해 연구지역 내에 가상의 부지 선정 후 일사량 분석을 진행하였다. 본 연구에서는 일반적인 3D 모델에 적용하여 신속하게 Solar Access를 분석할 수 있는 알고리즘을 개발하였으며, 이미지 기반의 분석 알고리즘도 작성하여 그 결과를 비교하였다. 개발한 기술의 적용성을 검증하기 위해서 강원대학교 삼척캠퍼스의 건물과 나무 등을 대상으로 실험을 수행하였다. 본 연구를 통해 향후 도심지의 3D 구축 데이터가 늘어나고 태양광 발전 시스템의 보급이 늘어날 것을 고려하면 개발한 기술이 매우 유용하게 활용될 것이다.

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온실가스 감축을 위해 전 세계적으로 신재생에너지의 보급과 확대 정책이 추진되고 있다. 신재생에너지는 대표적으로 바람을 이용한 풍력 에너지, 물을 이용한 수력에너지, 태양열을 이용...

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