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한창운(Changwoon Han),박승일(SeungIl Park),이수연(Suyeon Lee) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
태양 전지 모듈의 수명 또는 전력 보증 기간은 모듈의 신뢰성 측면 뿐만 아니라 태양 에너지 소요 비용 절감에 중요한 요소이다. 태양 전지 제조업체는 현재 실리콘 태양광 모듈에 대해 25 년 전력 보증을 제공하고 있지만, 이는 곧 연장되어야 한다. 본 연구는 열 사이클링 하에서 실리콘 태양전지 모듈의 수명을 늘리기 위해 기존 모듈에 대한 수치 해석과 신뢰성 최적화를 수행한다. 첫째, 기존 태양전지 모듈에 대해서 재료의 점성과 온도 의존성을 고려하여 수치모델을 개발한다. 둘째, 열 피로에 대한 솔더의 수명 예측 모델을 조사하고 수명의 결정 변수를 선택한다. 셋째, 모듈 내 설계 변수 변화에 따른 일련의 민감도 연구를 수행한다. 다음으로, 연구 결과로부터 신뢰성이 강화되도록 태양전지 모듈의 신뢰성 최적설계를 수행한다. 마지막으로, 새로운 최적설계안의 수명을 분석하고 기존 모듈과 비교한다. 신뢰성이 강화된 신뢰성최적설계 모듈의 수명은 기존 모듈에 비해 크게 늘어날 것으로 예상된다. The lifetime of solar cell modules, or power warranty time, is not only a reliability measure but also an important factor for the reduction of solar energy costs. Solar cell manufacturers currently provide 25 years power warranty to Si solar modules, but it should be extended. In this study, to enhance the lifetime of silicon solar modules under thermal cycling, numerical analysis and optimization are conducted on a conventionally designed module. First, the conventional module is numerically modeled with the temperature-dependent material properties including the viscosity of EVA and solder layers. Second, solder lifetime prediction models under thermal fatigue are investigated and a critical measure of the lifetime in the thermal fatigue is selected. Third, a series of sensitivity studies with the measure is conducted by the variation of module design parameters. Next, a reliability-enhanced design of solar cell modules is suggested from the study results. Finally, the lifetime of the new design is analyzed and compared with the conventional module under thermal cycling. The lifetime of the reliability-optimized module design is expected to increase significantly compared to that of the conventional module.
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.
이현주(Lee Hyun-Ju),김진희(Kim Jin-Hee),김준태(Kim Jun-Tae) 한국태양에너지학회 2007 한국태양에너지학회 논문집 Vol.27 No.4
Hybrid PV/Thermal systems consisting of photovoltaic module and thermal collector can produce the electricity and thermal energy. The solar radiation increases the temperature of PV modules, resulting in the decrease of their electrical efficiency. Accordingly hot air can be extracted from the space between the PV panel and roof, so the efficiency of the PV module increases. The extracted thermal energy can be used in several ways, increasing the total energy output of the system. This study describes a basic type of PV/T collector using water. In order to analyze the performance of the collector, the experiment was conducted. The result showed that the thermal efficiency was 17% average and the electrical efficiency of the PV module was about 10.2%~11.5%, both depending on solar radiation, inlet water temperature and ambient temperature.
전기발광방법을 이용한 실리콘 태양전지모듈의 온도사이클 환경에서 열화분석연구
박승일(SeungIl Park),이수연(Suyeon Lee),한창운(Changwoon Han) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
본 논문에서는 핵연료집합체 내진해석에 사용되는 주요 입력변수가 핵연료집합체 내진해석 평가결과에 미치는 영향을 분석하였다. 핵연료집합체 내진평가는 지지격자에 발생하는 충격하중을 지지격자 좌굴 강도와 비교하여 평가한다. 또한, 핵연료집합체 주요 부위의 상세 응력평가를 통해 ASME Section III NB에 따른 허용기준과의 비교를 통해 평가가 이루어진다. 일반적으로 핵연료집합체 내진평가를 수행할 경우 응력평가 대비 지지격자에 발생하는 충격하중 평가 여유도가 더 작은 결과를 보이고 있으며, 본 연구에서는 주요 변수의 변화에 따른 지지격자 충격하중의 변화에 대해 분석하였다. 지지격자에 발생하는 충격하중은 수평방향 원자로내부구조물 및 노심 지진해석을 통해 결정되며, 해석 입력 값으로 사용되는 주요 물성치를 변수로 결정하여 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 핵연료집합체 감쇠비, 집합체 기계적 강성, 지지격자 Through-Grid 강성, 연료간 간격에 따른 충격하중의 변화를 확인하였다. 그 결과, through-grid 강성의 변화가 지지격자 충격하중 증가/감소에 주요한 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 이와 같은 결과는 설계기준초과지진 조건에서의 핵연료집합체 내진해석 방법론 개발에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
반사판을 이용한 저집속 집광형 태양광 모듈 제작 및 평가
정혜정(Jeong, Hye-Jeong),이영우(Lee, Young-Woo),주성민(Ju, Seong-Min),이호재(Lee, Ho-Jae),부성재(Boo, Seong-Jae) 한국신재생에너지학회 2008 신재생에너지 Vol.4 No.4
A low concentrating (< 5X) photovoltaic module with aluminum reflectors is fabricated and evaluated which is designed to reduce the affection of the high temperature to the solar cell modules preventing the efficiency lowering. As results, the output power is increased of 1.97X from the concentrating photovoltaic module which is designed with the concentrating ratio of 2.25X and to control the module temperature cooling the module by air circulation. Also, the effect of the concentrating module with aluminum reflectors on the conventional PV module is investigated at the field. The result shows the increase of the output power more than about 20% and the improvement of the module efficiency of 1.4X in spite of the increase of average module temperature.
유한요소법 및 반응표면법 기반 대면적 양면형 태양광 모듈 프레임 최적설계
한동운(Han Dongwoon),김성탁(Kim Seongtak) 한국태양에너지학회 2023 한국태양에너지학회 논문집 Vol.43 No.6
Large-scale bifacial photovoltaic modules have the advantages of high unit yield and production. Because the module weight increases with the module size, the power conversion efficiency can decrease owing to defects such as encapsulant delamination and cell cracking caused by the increased deflection of the module. However, research on the design optimization of large-scale bifacial photovoltaic module frames is lacking. Therefore, in this study, we analyzed the deflection of large-scale bifacial photovoltaic modules using finite element analysis (FEA). Furthermore, we propose an optimal design for a solar module frame that minimizes both module deflection and frame weight using the response surface methodology (RSM). We established 32 experimental setups utilizing the design of experiments with five frame shape factors placed at two levels each. The results of structural analysis showed that the maximum deflection occurred at the center of the module. The results obtained using RSM for minimizing deflection and weight yielded optimal factors as follows: a, b, c, d, e were found to be 1.9 ㎜, 14.0 ㎜, 1.5 ㎜, 1.7 ㎜, and 2.5 ㎜, respectively. A comparison of the deflection and weight between the existing and optimal conditions obtained from structural analysis revealed an increase in weight of approximately 4.5% compared to the existing conditions. Simultaneously, a deflection reduction of approximately 15.8% was observed.