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냉각 시스템으로 Peltier 장치를 사용하여 태양 광 패널의 성능 분석
이드아함드파지 ( Ahmed Fawzy Eid ),홍성구 ( Hong Seong-gu ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-
One of the main challenges for solar photovoltaic system is temperature rising of solar module, which causes to decrease maximum power voltage (Vmp) of panel. Furthermore, leads to decrease in electrical efficiency, maximum power (Pmax) of solar panel and will cause cells degradation and above lowering of life span expectancy of photovoltaic panels systems. To manage this issue, one of the important methods to improve the solar panel efficiency and keep it at a sufficient level is cooling. There are a lot of methods which are used to cool solar modules such as floating cooling system (FCC), photovoltaic/thermal (PVT) cooled by forced water circulation, solar panel with water immersion cooling technique and thermoelectric device as cooling systems called also Peltier effect device. In this study, two solar panels with different cooling devices were compared with a reference panel (model 3) with respect to its efficiency and performance. A new design of photovoltaic/thermoelectric cooler (PV-TEC) as a cooling system was attached with two fans and two heat sink as one unit, it fixed on the backside of the solar module to cool it from the back (model 2). Another method was a water film (model 1) to improve the electrical module efficiency. A 70 Watts small pump created a water film on the front side of the solar panel to remove the heat from the front. The first results of this study showed the temperatures were 35.5℃, 49 ℃ and 57 ℃ for model 1, model 2 and model 3 respectively. The maximum power voltages were 21.36V, 20.69V and 20.05V respectively. Short circuit currents were 5.31A, 5.36A and 5.37A respectively. The ideal output power from modules were 114W, 111W and 107.5W respectively with an improvement in electricity efficiency were 6% and 3.5% for model 1 and model 2 respectively .the cooling system by water film achieved a proper impact on electricity efficiency otherwise the capacity of the thermoelectric cooling unit was not enough to remove the heat from the back sheet of the solar module because of low thermal conductivity of Taddler layer.
인공 신경망을 이용한 GTS 기반 PVT 집열기의 성능 예측 및 평가
이드아함드파지 ( Ahmed Fawzy Eid ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),정영준 ( Youngjoon Jeong ),서병훈 ( Byunghun Seo ),김동수 ( Dongsu Kim ),서예진 ( Yejin Seo ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
Recently, Deep learning methods have been widely used in PVT collector systems based on artificial neural networks (ANNs) due to their high precision in evaluating the performances without using physical modeling. A photovoltaic thermal (PVT) collector is a hybrid system that merges a photovoltaic (PV) module and a thermal collector in one unit to generate electricity and heat simultaneously. In addition to that, it increases efficiency and reduces required costs and space. In this study, three different models of PVT collectors were fabricated based on Tedlar Polyester Tedlar (TPT), Graphite Thermal Sheet (GST), and TPT/GST as a back sheet and tested. An Ethylene Glycol Coolant (EGC) was also utilized with a water tank and a heat exchanger. The ANN model is used to predict PVT collectors’ electrical and thermal efficiencies based on measured weather datasets. Besides, both electrical and thermal models have been tested experimentally. Accurate modeling methods have been applied to generate the output results for training and validation. The actual climatic data and PVT collectors’ outputs of one year with a 5-minute step have been used to calculate the thermal and electrical efficiencies. The solar irradiance, wind speed, humidity, PVT collectors’ outputs, and temperature are the most critical variables to consider as input in the ANN-based model. This study’s expected results are increasing the PVT’s total efficiency by using high thermal conductivity material (GTS) instead of low thermal conductivity material (TPT). The electrical efficiency of the PVT module will increase due to the cooling effect. We also expect congruous results between the ANN analysis and experimental test.
SFM-MVS 인자 제어를 통한 3차원 홍수파 분석 전용 지형 데이터 최적 구축
이종혁 ( Jonghyuk Lee ),이상익 ( Sangik Lee ),이드아함드파지 ( Ahmed Fawzy Eid ),정영준 ( Youngjoon Jeong ),서병훈 ( Byunghun Seo ),김동수 ( Dongsu Kim ),서예진 ( Yejin Seo ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
기후변화로 국지성 집중호우가 자주 발생하면서 홍수위험지도 작성이 중요해지고 있다. 홍수위험지도는 복잡한 조건에서 자유 표면 흐름에 대한 보존 방정식을 풀기 위해 수치적 방법을 사용해야 하는 유체역학 모델링을 기반으로 한다. 특히, 저수지 파손에 의해 형성되는 홍수파는 유속이 매우 높기 때문에 저수지 하류 지형의 복잡성에 따라 홍수파의 전파 패턴이 크게 달라질 수 있다. 따라서 유체역학 모델링에서 수로와 인접 범람원의 지형을 적절하게 표현하는 것이 필수적이다. 최근 활발히 연구되고 있는 Structure-from-Motion with Multi-View-Stereo method (SFM-MVS)기반 3차원 모델링은 홍수파 해석을 위한 지형의 복잡성을 표현하는데 강점을 지니나 표준화된 방법은 연구되고 있지 못하다. SFM-MVS 기반 3차원 모델링은 데이터 획득 방법과 인자 조절 방식에 따라 재현율이 달라지며, 지형 재현을 위해 필요한 데이터의 양이 많아지므로 모델링에 필요한 자원도 크게 소모된다. 따라서 SfM-MVS 인자로부터 최적의 자원 소모로 홍수파 해석에 적합한 3차원 지형의 모델링 조건을 찾는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 SfM을 위한 이미지 스케일, 키포인트 생성을 위한 최소매치수량, MVS 포인트 밀도를 조절하여 재현된 지형의 품질을 분석하였다.
한국형 영농형 태양광 시스템 구축을 위한 표준모델 및 설계 가이드라인 개발
이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),이드아함드파지 ( Ahmed Fawzy Eid ),정영준 ( Youngjoon Jeong ),서병훈 ( Byunghun Seo ),김동수 ( Dongsu Kim ),서예진 ( Yejin Seo ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
영농형 태양광 시스템은 작물 재배지 상부에 태양광 모듈을 설치하여 농업과 태양광 발전에 태양에너지를 공유함으로써 토지의 이용효율을 높이고 농업 재생에너지를 생산하는 차세대 스마트팜 기술이다. 그러나 현재 국내에서는 이와 관련된 체계적인 설계기준과 실증재배지의 운영이 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 영농형 태양광의 작물 재배조건을 반영한 설계 고려사항을 분석하여, 이를 바탕으로 시스템 보급을 위한 표준모델을 개발하고, 현장 구축을 위한 설계 가이드라인을 구축하였다. 설계 고려사항으로는 차광률, 토지등가비율, 작물 재식간격, 시스템 하부 영농작업, 기초 및 구조물 형태에 관한 검토를 수행하였으며, 이를 바탕으로 기본설계안을 작성하였다. 또한 농업 시설물에 특화된 설계법을 정립하여 구조해석을 통한 안전성 검토를 수행하고, 다양한 설치 조건에 따른 안전기준을 제시하였다. 구조해석 결과, 풍하중에 의해서는 하부 기둥에서, 적설하중에 의해서는 상부 보에서 각각 큰 응력이 발생하였으며, 내진설계를 통해 지진하중에 대한 안전성을 확보하였다. 또한 기둥의 다양한 규격과 간격에 따른 안전적설심 및 안전풍속을 분석하여, 시스템 보급을 위한 안전설계기준을 도출하였다. 뿐만 아니라 영농형 태양광 시스템의 주요한 설계요소인 차광률, 발전량, 부재 물량 간의 관계를 분석하고, 토지 이용효율의 극대화 및 경제성 확보를 위한 최적화 설계를 수행하였다. 이를 바탕으로 시스템의 현장 시공과 적용성 평가를 수행하고, 인허가 및 시공 프로세스를 정립하여 설계 가이드라인을 구축하였다.
3차원 유동해석을 이용한 댐 여수로 Piano Key Weir의 형상 고도화 및 방류 능력 평가
서예진 ( Yejin Seo ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),이드아함드파지 ( Ahmed Fawzy Eid ),정영준 ( Youngjoon Jeong ),서병훈 ( Byunghun Seo ),김동수 ( Dongsu Kim ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
최근 기상이변 등의 영향으로 집중호우의 강도의 증가를 보이는 추세이고, 이로 인해 하류 피해 위험도가 높은 댐에 대하여 홍수의 월류에 의한 댐의 파괴를 대비할 필요가 있다. 이에 따라 댐의 안전성 확보를 위한 댐 설계 기준이 강화되었고, 가능최대홍수량(PMF) 유입에 맞는 설계 홍수량의 상향 조정이 이루어졌다. 특히 기존 댐에 대하여 증가된 설계 홍수량을 적용하기 위해서 수문 설치, 상류댐 건설이나 여수로(spillway) 구조물의 설치, 보완, 증설 등의 구조물적 대책이 제안되었다. 하지만 시공 측면에서 고려 사항이 더욱 복잡하고 비교적 큰 추가 비용이 소요되기 때문에, 가능한 증설 규모를 최소화할 수 있는 대안으로서 Piano Keys Weir (PK weir) 설치가 제안되었고 이후 더 높은 치수 증대를 위한 PK weir의 최적 구조가 연구되어왔다. 본 연구에서는 PK weir 구조의 기하학적 특성을 이해하고 기존에 제안된 구조 형상과 비교하여 상승된 방류 능력을 도출하기 위해 PK weir의 구체적인 변수를 변경 및 설정하고 이를 FLOW-3D를 이용한 CFD 분석을 실행하였다. 이를 바탕으로 기존의 PK weir와 새로 제시한 PK weir의 방류 능력 결과를 평가 및 비교하고 수리적 유동 특성을 분석하여 개선된 방류 능력을 보이는 새로운 PK weir의 매개변수를 제시하였다.
3차원 자유수면해석을 이용한 사다리꼴 Piano Key Weir 방류 능력 평가
서예진 ( Yejin Seo ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),이드아함드파지 ( Ahmed Fawzy Eid ),서병훈 ( Byunghun Seo ),김동수 ( Dongsu Kim ),김동우 ( Dong Kim ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
최근 지구온난화로 인해 이상기후가 빈번하게 발생함에 따라 집중 호우의 강도 증가하게 되어 홍수의 월류로 인한 댐 붕괴의 위험도가 높아지고 있는 실정이다. 이에 따라 댐의 안전성 확보를 위한 댐 설계 기준이 강화되었고, 가능 최대홍수량 (PMF) 유입에 맞는 설계 홍수량의 상향 조정이 이루어졌다. 특히 기존 댐에 대하여 증가된 설계 홍수량을 적용하기 위해서 수문 설치, 상류댐 건설이나 여수로 (spillway) 구조물의 설치, 보완, 증설 등의 구조물적 대책이 제안되었다. 하지만 시공 측면에서 고려 사항이 더욱 복잡하고 비교적 큰 추가 비용이 소요되기 때문에, 가능한 증설 규모를 최소화할 수 있는 대안으로서 Piano Keys Weir (PK weir) 설치가 제안되었고 이후 더 높은 치수 증대를 위한 PK weir의 최적 구조가 연구되어왔다. 본 연구에서는 사다리꼴 Piano key 위어의 다양한 주요 설계인자와 새로운 보조 설계인자를 적용하여 설계인자 영향과 유동특성을 분석하고 방류 능력을 평가하여 최적 설계인자를 제시하였다.
김동수 ( Dongsu Kim ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),정영준 ( Youngjoon Jeong ),서병훈 ( Byunghun Seo ),서예진 ( Yejin Seo ),이드아함드파지 ( Ahmed Fawzy Eid ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
일반적으로 콘크리트 댐 건설에 드는 비용 대부분은 제체에 사용되는 콘크리트이며, 콘크리트 댐의 설계 최적화는 제체의 부피를 최소화하는 목적으로 수행된다. 이러한 관점에서 콘크리트 아치댐은 얇은 아치형의 구조물로, 특정 지형 조건에서는 다른 유형의 콘크리트 댐에 비하여 높은 경제적 효율성을 가진다. 그러나 콘크리트 아치댐의 설계 최적화 과정은 설계변수가 복잡하고 많으며, 목적함수와 제약조건들이 비선형성을 가지므로 많은 계산을 필요로 하게 되어 최적화된 설계 형상을 도출하는 것이 까다롭다. 이에 본 연구에서는 유전 알고리즘(Genetic algorithms)을 이용하여 이중곡률(Double-curvature)을 가지는 콘크리트 아치댐의 설계 최적화를 수행하고자 하였다. 유전 알고리즘은 메타휴리스틱(Metaheuristics) 기법의 한가지로 도함수가 아닌 함숫값만 필요로 하여 불연속적이고 볼록집합이 아닌 집합을 대상으로 하는 설계 최적화 문제를 해결하는데 적합하다. Loop마다 업데이트 되는 설계변수들을 이용하여 댐 구조의 형성과 유전 알고리즘을 수행하는 프로그램을 작성하고, 이를 상용 유한요소해석 소프트웨어를 이용한 응력해석 결과와 연계하여 최적화된 설계안을 도출하였다.