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      • 나노유체를 이용한 프레넬 집광시스템의 집열효율 분석

        황성근 ( Seong Geon Hwang ),이주희 ( Joo Hee Lee ),이귀현 ( Gwi Hyun Lee ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

        태양에너지를 효율적으로 이용하기 위해 집광기 형태 개발 및 설치방식 등 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 태양열 집광시스템의 집열효율 향상을 위해 태양 복사열 회수의 극대화를 위한 열매체로 열전도율을 향상시킨 나노입자를 제조하였다. 또한 나노유체를 이용하여 프레넬 집광시스템의 집열효율을 분석하였다. 나노유체 제조를 위한 나노입자의 종류는 CuO, Al2O3를 사용하였으며, 입자크기는 각각 50~100nm, 50nm이다. 나노유체는 1차 증류수에 나노입자와 분산안정성을 높여주는 계면활성제 CTAB (Cetyltrimethylammonium bromide) 또는 AG (Arabic Gum)를 첨가하여 초음파 분산기를 이용하여 제조하였다. 나노입자의 농도는 증류수의 0.05%를 기준으로 하였으며, 계면활성제 AG의 농도는 나노입자의 양을 기준으로 1/4배, 1/2배, 1배를 첨가하였고, CTAB는 CMC (Critical Micelle Concetration) 기준으로 1/10배, 1배, 10배를 각각 첨가하였다. 프레넬 집광시스템의 열매체로 이용하기 위해 제조된 나노유체의 열전도율은 열특성 분석기(KD2)로 측정하였다. 열전도율 측정 결과 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>와 CTAM (1/10배)를 첨가하여 만든 나노유체와 CuO와 AG (1/2배)를 첨가하여 만든 나노유체가 가장 높게 나타났다. 따라서 프레넬 집광시스템의 열매체로 물, CuO-AG (1/2배) 나노유체, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-CTAB (1/10배) 나노유체, 3종류를 이용하여 동일한 유량 하에서 청명한 날 집열효율 분석실험을 수행하였다. 집열효율을 분석한 결과 열매체로 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-CTAB (1/10배) 나노유체, CuO-AG (1/2배) 나노유체, 물의 순으로 집열효율이 높게 나타났다.

      • 펠릿보일러와 수열원 히트펌프를 이용한 복합시스템의 온실난방성능에 관한 연구

        이충건 ( Chung Geon Lee ),조라훈 ( La Hoon Cho ),김석준 ( Seok Jun Kim ),김민준 ( Min Jun Kim ),박선용 ( Seon Yong Park ),정인선 ( Seong Geun Hwang ),황성근 ( Dae Hyun Kim ),김대현 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

        최근 지속적으로 대두되는 식량위기문제로 식량안보가 위협받고 있으며, 농업인구의 고령화로 인하여 향후 농업 종사자수의 급감이 예상되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 작물의 연중생산이 가능한 스마트팜(Smart-Farm)에 대한 관심이 급격히 증대되고 연구활동과 관련분야의 기술개발이 활발히 진행되고 있는 추세이다. 스마트팜은 시설원예로 분류가 되며, 시설원예에서의 작물생산에 필요한 투입비용 중 에너지관련 비용이 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 또한 스마트팜은 각종 센서(Sensor)와 통신장비, 구동기 등에 의하여 에너지 수요량이 높아진다. 이에 따라 기존 화석연료에 의존하던 난방체계를 신·재생에너지를 이용하여 대체하고자 한다. 스마트팜에 이용되는 신·재생에너지 중 히트펌프는 혹한기의 경우 지역적으로 지하수자원의 양과 온도 변동성으로 인해 순간 최대 난방부하량을 감당하기 어려운 문제가 발생한다. 따라서 본 논문에서는 펠릿보일러를 열원으로 사용하는 수열원 히트펌프의 온실 난방성능에 대하여 연구하고자 한다. 강원대학교 내 30평형 유리온실에 시스템을 구축하였으며, 히트펌프는 3RT급을 사용하였으며, 펠릿보일러는 20,000kcal급을 사용하였다. 난방방법은 튜브레일(Tube rail)과 FCU(Fan coil unit)을 이용하였다. 본 논문에서는 펠릿보일러를 열원으로 이용하여 수열원 히트펌프의 난방성능을 확인하였다.

      • 스마트 팜 테스트 베드에서 신·재생에너지를 이용한 하이브리드 시스템의 온실 난방에 대한 실증적 연구

        이충건 ( Chung-geon Lee ),조라훈 ( La-hoon Cho ),김석준 ( Seok-jun Kim ),김민준 ( Min-jun Kim ),정인선 ( In-seon Jung ),박선용 ( Seon-yong Park ),이주광 ( Ju-kwang Lee ),황성근 ( Seong-geun Hwang ),김대현 ( Dae-hyun Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

        지속적인 화석연료 사용은 지구온난화 및 이상기후를 가속화 시키고 있다. 또한 이러한 문제점들이 가시적으로 체감할 수 있는 수준에 이르렀다. 이에 따라 농업은 큰 타격을 받고 있으며, 국내를 비롯한 전세계적으로 생산량 감소, 농업인구 고령화를 해결하고자 스마트팜에 대한 연구 및 기술개발활동을 활발히 진행하고 있다. 그러나 스마트팜의 에너지원은 아직도 화석연료에 기대고 있는 실정으로 스마트팜을 통하여 농업마저 공장화가 진행되고 있다. 이러한 화석연료의 사용증가는 심각한 환경문제를 일으키고 이와 연계하여 인류생존 전반에 걸친 다양한 문제가 발생될 것으로 예측가능하다. 따라서 최근 이슈화되고 있는 스마트팜의 공급되는 열에너지를 신재생에너지를 이용하여 난방하는 방안에 대하여 연구하고자 하였다. 본 연구는 대한민국 춘천시에 위치한 강원대학교 내 약 30평형의 스마트팜 테스트 베드에서 펠릿보일러와 수열 히트펌프를 이용하여 단일 또는 복합시스템을 구성하였다. 온실난방 실증실험을 진행하였으며, 실험군은 펠릿보일러 단일 시스템으로 난방수 온도 55℃, 70℃와 펠릿보일러를 열원으로 사용하는 수열히트펌프 시스템으로 난방수 온도 55℃로서 총 3가지 경우의 실험을 진행하였다. 온실 내 8개 지점에서 온도를 측정하였으며, 히트펌프, 펠릿보일러, 온수탱크, 열원탱크의 각 입출수 온도를 체크하였다. 또한 연료사용량, 전력사용량을 측정하여 실증연구로서의 데이터를 수집하였다. 난방성능은 펠릿보일러 70℃가 승온온도 29.4℃로 높았으나 연료소비량 또한 가장 높았다. 펠릿보일러 55℃와 복합시스템은 유사한 성능을 보였으나 실연료 소비량에서 차이를 보였다. 추후 태양열을 추가한 복합시스템과의 다양한 비교분석이 필요하며 이에 따른 경제성을 분석할 예정이다.

      • 태양광-열 복합시스템(PVT)의 효율특성 분석

        이주희 ( Joo Hee Lee ),황성근 ( Seong Geon Hwang ),이귀현 ( Gwi Hyun Lee ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

        화석연료의 오랜 사용에 의해 환경오염의 문제가 대두되고 있다. 이에 따라 정부에서는 온실가스의 배출량을 줄이고 친환경적인 신재생에너지의 사용을 늘리기 위한 노력을 하고 있으며 이에 대한 많은 연구를 진행해오고 있다. 본 연구에서는 신재생에너지인 태양에너지를 이용하여 열과 전기를 동시에 생산하는 태양광-열 복합시스템(PVT)의 열효율과 전기효율을 비교 및 분석하였다. 제작된 PVT 융합 모듈은 전면부의 PV 모듈에서 전기를 생산하고, 후면부의 흡열 관에서 온수를 생산하여 전체 에너지 변환효율을 상승시키는 장치이다. 태양광-열 복합시스템의 설치방향은 정남향, 경사각 45°로 태양을 추적하지 않는 고정식 시스템의 유량에 따른 효율을 분석하였다. 또한 고정식 시스템에서의 임계유량을 찾아 태양을 추적하는 추적식 시스템을 구동하여 고정식 시스템과의 효율을 비교 분석하였다. 열매체로는 물을 사용하였으며, 열매체는 펌프에 의해 흡열 관과 축열조를 순환하여 PV 태양광판으로 전달되는 태양 복사열을 흡수하고 축열조에 저장하게 하였다. PVT의 효율 실험은 청명한 날 240분 동안 수행되었으며, 유량계를 통해 열매체의 유량을 각기 달리하여 1, 2, 3, 4 L/min일 때의 집열효율과 전기효율을 분석하였다. 분석 결과, 평균 집열효율 23.34%, 전기효율 12.98%로 유량 3L/min일 때 가장 높아 임계유량으로 선정하였다. 또한 임계유량으로 고정식 시스템과 추적식 시스템의 효율을 비교하였을 때, 추적식 시스템의 집열효율은 49.74%, 전기효율은 14.80%로 고정식 시스템보다 높은 효율을 나타내었다.

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