직경 2m급 반사면을 가지는 태양열 집광 장치 개발

차정원,이동희 한국안광학회 2008 한국안광학회지 Vol.13 No.4

Purpose: To develop a solar concentrator having the reflecting surface with the 2m class diameter. Methods: In order to make the reflecting surface for the solar concentrator, the shape of the reflecting surface sector is required. So, first, we induced the formula that can produce this shape. After that, using Delphi 6.0 language, we developed a program which uses this formula and produces the shape and the numerical data of the reflecting surface sector with the input variables such as the external diameter of the reflecting mirror, the reflecting mirror's radius of curvature at the paraxial range, the number of reflecting mirror sector, the size of the center hole of the reflecting mirror, and the interval of the output data. Results: This program, which was developed to produce the shape and the numerical data of the reflecting surface sector, enables us to see the shape of sector on the monitor and to save the numerical data files for the shape of sector. As a result, the user of this program can easily access the numerical data of the reflecting surface sector. Conclusions: Developing the program which produce the reflecting surface sector used to make the reflecting surface of the solar concentrator, we could succeed in making the prototype products by applying it to the development of the real solar concentrator with the diameter of the 2m class. 목적: 직경 2m급 반사면을 가지는 태양열 집광 장치를 개발하고자 한다. 방법: 태양열 집광 장치 반사면 제작을 위해서는 제작에 사용될 반사판 섹터의 형상이 필요한데 먼저 이 형상을 도출할 수 있는 공식을 유도하였다. 반사 경 외형 직경, 근축영역에서의 반사경 곡률반경, 반사경 섹터의 개수, 반사경 중심 홀의 크기, 출력 데이터의 간격 을 입력 변수로 하여 반사면 섹터의 형상과 수치 데이터를 상기 공식으로 도출하는 프로그램을 델파이 6.0 언어를 사용하여 개발하였다. 결과: 반사면 섹터의 형상과 수치 데이터를 도출하기 위해 개발된 프로그램은 반사면 섹터의 형상을 모니터에 나타낼 수 있도록 하였으며, 형상에 대한 수치 데이터 파일을 저장할 수 있도록 하였다. 따라서 이 프로그램 사용자는 반사면 섹터의 수치 데이터를 쉽게 다룰 수 있게 되었다. 결론: 태양열 집광 장치 반사면 제작 에 사용되는 반사면 섹터를 만들어내는 프로그램을 개발하여 실제 직경 2m급 태양열 집광장치 개발에 적용하여 시제품 제작에 성공하였다.

하이브리드 태양광 집광장치

채수조(Chae, Soo-Joh) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.06

반사와 굴절이 합쳐진 새로운 형태의 하이브리드 태양광 집광 장치로 기존 집광 장치에 비해 초점 거리가 짧게 설계되었다. 프레넬 렌즈 형태의 굴절부와 프레넬형의 다수의 포물선 반사경이 공통으로 후면 초점(rear focus)을 가지도록 배치하여 기존 프레넬 렌즈만으로 구성된 것보다 선형 집광의 경우는 3배, 점 집광의 경우는 10배 이상 집광비를 높일 수 있다.아울려 이를 이용한 선형 집광형 발전 시스템과 점형 집광 장치는 나름대로 장점을 가진다.

중집광형 태양광 집광장치 용 선형 프레넬 렌즈의 최적화설계연구

송제헌,유진희,이준호,장원근,이동길,Song, Je Heon,Yu, Jin Hee,Lee, Jun Ho,Jang, Won Keun,Lee, Dong Gil 한국광학회 2013 한국광학회지 Vol.24 No.5

본 논문에서는 25배 태양광 집광장치에 적용될 선형 프레넬 렌즈의 최적화에 대해 서술한다. 이 선형 프레넬 렌즈는 각기 다른 패턴을 가진 $10{\times}10$ mm 크기의 선형 프레넬 렌즈가 $5{\times}5$의 형태로 결합된 렌즈이다. 각 프레넬 렌즈는 같은 크기의 태양전지로 태양광이 입사할 수 있도록 최적화되어 있다. 최적화된 프레넬 렌즈의 설계치는 패턴높이 35 ${\mu}m$, 구배각 $4^{\circ}$, 모서리 라운드 1 ${\mu}m$로 각각의 선형 프레넬 렌즈에 모두 같은 값이 부여되었지만 사면경사각은 $14.1^{\circ}{\sim}31.2^{\circ}$로 각기 다르다. 이렇게 설계된 선형 프레넬 렌즈의 태양광 집광효율은 80%이상이며 기존의 25배 집광용 단일 프레넬 렌즈보다 오정렬 및 제작공차 측면에서 강력한 성능을 가진다. 설계된 선형 프레넬 렌즈의 민감도 분석을 통해 모서리 라운드가 1 ${\mu}m$씩 증가할수록 집광효율이 ~5%씩 저하되는 것을 파악하였고 이에 모서리 라운드가 최소한의 수치로 유지되어야 함을 확인하였다. This paper presents a combination of linear Fresnel lenses optimized for ${\times}25$ solar concentration. The combined lens consists of $5{\times}5$ linear Fresnel lenses. Each Fresnel lens is of $10{\times}10$ mm and optimized to tilt the incoming light onto a solar cell of the same size. All of the optimized Fresnel segments have the same pattern height of 35 ${\mu}m$, draft angle of $4^{\circ}$, and edge groove round of 1 ${\mu}m$ but with different facet angles varying from $14.1^{\circ}$ to $31.2^{\circ}$. The solar concentrating efficiency of the combination is shown to be over 80% and more robust than a conventional single ${\times}25$ circular Fresnel lens in terms of pointing misalignment and manufacturing errors. A sensitivity analysis finds that the edge groove round should be kept as small as machining allows since the concentrating efficiency drops ~5% per 1 ${\mu}m$ increase of the edge groove.

집광형 태양전지를 이용한 난방장치 개발

이동일(Dong Il Lee),백승욱(Seung Wook Baek) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.1

본 연구는 집광장치와 태양추적장치를 이용함으로서 제한된 면적을 가지는 집광형 태양전지의 발전효율을 증가시키는 연구를 진행하였다. 태양전지에서 발생된 열은 온수나 난방에 사용되도록 흡열기를 이용하여 회수하였다. 이로서 집광형 태양전지를 이용한 시스템은 전기와 열을 동시에 공급할 수 있다. 태양위치에 따른 실시간 추적, 일몰 이후 난방장치의 동쪽방향 원상복귀, 원상복귀후 자동종료는 조도센서와 Simulink 프로그램으로 구현하였다. 흡열기 입구 속도, 핀설치 유무, 입구위치에 따른 흡열기 온도를 해석하였으며 실험결과와 일치하였다. In this study, the generation efficiency of the limited area of a concentrator solar cell was increased by using a solar concentrator and a tracking device. Heat generated by the solar cell was collected using a thermal absorber for supplying hot water or heating. Thus, the concentrator solar cell system provided electricity and heat simultaneously. Tracking of the sun by detecting the sun"s position, repositioning of heating device towards the east after sunset, and shutting down of system after sunset were successfully implemented using an illuminance sensor (CdS) and Simulink, a commercial software package. We performed parametric analysis of the velocity, fin installation, and entrance location with respect to the operating temperature of the concentrator solar cell. A heat transfer simulation model was developed for comparing the actual temperature profiles of the concentrator solar cell and thermal absorber, and good agreement was found between the results of the simulations and the experiments.

원추형 태양열 집광시스템을 이용한 농산물 건조장치

나문수 ( Mun Soo Na ),황성근 ( Seong Geun Hwang ),이귀현 ( Gwi Hyun Lee ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

현재 대기오염이나 온실가스로 인한 환경파괴를 막기 위해 신재생에너지의 사용과 에너지 절약형 설비 등을 다각적으로 연구하고 있다. 신재생에너지로서 이용가치가 높은 태양에너지는 우리나라의 지리적인 위치와 계절적 기후조건으로 인해 에너지 이용에 유리하다. 하지만 일조시간 동안만 공급되어 지속적인 에너지이용에 제약이 있다. 본 연구에서는 태양에너지를 집열하여 열에너지를 생산하는 원추형 태양열 집광시스템과 일조시간에 제약을 받지 않고 지속적인 에너지 이용을 위한 축열시스템으로 구성된 농산물건조장치의 설계 및 제작과정을 다룬다. 4개의 원추형 집광기로 구성된 원추형 태양열 집광시스템은 태양의 위치에 따라 고도각과 방위각을 추적하여 효율적으로 집광할 수 있도록 2축 태양추적장치에 설비되었다. 농산물 건조를 위한 에너지는 태양에너지와 보조 열원을위한 전기에너지를 복합적으로 사용함으로 에너지 절약이 크게 기대되며, 건조 대상 농산물의 적정 건조온도에 따라 제어할 수 있도록 설계하였다. 특히, 원추형 태양열 집광시스템의 태양에너지 이용 면에서 볼 때 대체로 중·저온의 건조온도를 요하는 농산물 건조에 특화될 수 있을 것으로 사료된다.

복합식 태양광 발전 및 난방장치 개발

이동일(Dong Il Lee),백승욱(Seung Wook Baek) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.11

본 연구는 센서식 및 프로그램식의 태양추적장치를 이용하여 집광형 태양전지의 발전효율을 증가 시키는 연구를 진행하였다. 또한 집광형 태양전지에서 발생된 열은 히트파이프를 포함한 흡열기로 회수함으로써 온수나 난방에 사용할 수 있었다. 실험 결과 집광형 태양전지의 평균 전기효율은 16%, 히트파이프를 포함한 흡열기의 열효율은 62% 로 복합효율이 78%를 나타내었다. 태양위치에 따른 실시간 추적, 일몰 이후 난방장치의 동쪽방향 원상복귀, 원상복귀후 자동종료는 Simulink 프로그램으로 구현하였다. 히트파이프 유무, 집광비, 흡열기 입구 속도에 따른 집광형 태양전지 및 흡열기 온도를 해석하였으며 실험결과와 일치하였다. The objective of this study was to increase the generating efficiency of concentrated photovoltaics (CPV) by using hybrid solar tracking. Further, the proposed system was demonstrated to have the ability to extract thermal energy from a concentrated photovoltaic system by using thermal absorbers containing heat pipe , which could then be used for a heating system or hot-water supply. The average electrical efficiency was 16 during the day, and the average thermal efficiency was 62. Therefore, this system demonstrated a total efficiency (electrical thermal) of 78. All the processes, i.e., tracking of the sun, calculation of the sun"s position, reinstatement of the heating device toward the east for tracking on the next day, and system shutdown, were programmed using Simulink. A parametric analysis of the heat pipe, concentration ratio, and inlet velocity was also performed in terms of the operating temperature of the CPV and the outlet temperature. The simulation and experimental results for the thermal absorber were found to be in good agreement.

실린더 구조의 파라볼릭 반사경 집광장치 개발

성태경(Sung, Tae-Kyung),이충식(Lee, Chung-Sik),박연민(Park, Yeon-Min),김종민(Kim, Jong-Min),정채봉(Joung, Che-Bong),강승훈(Kang, Seung-Hoon),강진(Kang, Jin),황경하(Hwang, Kyeong-Ha),이형표(Lee, Hyung-Pyo) 한국태양에너지학회 2012 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

In this papers, we developed a daylight collecting system with a couple of parabolic dishes. The system has composed of a cylinderical collecting device in which two pairs of reflectors : the primary parabolic dish and the secondary spherical mirror have installed. and sun-tracking device in which a sun tracking sensor, control unit, and 2-axis driving mechanism have equiped. We have tested and revealed the system efficiency of the developed system.

태양추적식 자연채광 장치의 집광기 종류에 따른 성능 분석

김영민(Kim Yeongmin),김원식(Kim Won-Sik),정해준(Jeong Hae-Jun),천원기(Chun Wongee) 한국태양에너지학회 2017 한국태양에너지학회 논문집 Vol.37 No.1

This paper presents the effect of solar collectors on the performance of solar tracking daylighting systems. A series of measurements were made for two different types of solar collectors mounted on double axis solar trackers: Parabolic dish concentrator and Fresnel Lens. Indoor light levels were measured at different locations of an office space (longitude: 126.33 E, latitude 33.45 N) as photo sensors were placed on a task plane 80 cm above the floor. To accurately monitor the applicability of the systems, measurements were performed under clear and overcast sky conditions with the roll-screen (on the south window) in the down position. Comparing the illuminance data, the system with Fresnel lens outperformed that of parabolic dish concentrator. On clear days, the former delivered the light levels of 400~600 lux on the task plane whereas the latter recorded 100~200 lux. Depending on the amount of cloud cover, on overcast days, illuminance readings fluctuated to some extent.

반사판을 이용한 집광형 태양광 모듈 구조에 관한 연구

정혜정(Jeong, Hye-Jeong),이영우(Lee, Young-Woo),주성민(Ju, Seong-Min),부성재(Boo, Seong-Jae) 한국신재생에너지학회 2008 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.10

고집속에 따른 태양전지 온도상승에 의한 태양전지 효율 저하를 방지하고,경제적인 저집속형(<5X) 집광형 태양광 모듈 개발을 위하여 본 연구에서는 알루미늄 반사판을 이용한 저집속 (< 5X)집광형 태양광 모듈을 설계 및 제작하여 성능 평가를 실시하였다. 2.25X의 집속비와, 태양광 집속에 의한 태양전지 모듈의 온도 상승을 공기순환을 통한 냉각이 가능하도록 설계/제작된 집광형 태양광 모듈로 부터 1.97배의 출력 증가를 확인하였다.

반사판을 이용한 집광형 태양광 모듈 실증 연구

정혜정(Jeong, Hye-Jeong),이영우(Lee, Young-Woo),유희수(Ryoo, Hee-Soo),부성재(Boo, Seong-Jae) 한국신재생에너지학회 2008 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.10

본 연구에서는 알루미늄 반사판을 이용한 저집속 (2.25X) 집광형 태양광 모듈을 설계 및 제작하여 실증 연구를 실시하였다. 반사판을 이용한 집광형PV시스템의 성능향상을 평가하기 위하여, 일사량과 모듈온도 변화에 따른 출력변화와 효율변화를 평판형 모듈과 집광형 모듈에 대해서 각각 측정하고 비교하였다. 결과적으로 반사판을 사용 집속한 모듈이 약 20% 이상의 출력 증가를 보였으며, 모듈의 평균 온도 상승에도 불구하고 1.4 배의 발전효율 증가를 확인하였다.