무선전력전송기술은 기존의 전선을 통한 전원공급 및 충전방식을 대체할 수 있는 기술로, 그 활용도가 점차 확대되고 있다. 최근 핸드폰의 무선 충전기나 전기차의 무선충전기등에 활발한 연구와 제품이 출시되고 있다. 그러나 기존의 상전도선(구리도선)을 활용하기 때문에 전송효율을 나타내는 Q값에 한계가 있다. 또한 구리선재의 특성상 전류밀도에 한계가 있어 대용량 전송을 위한 다양한 기술적 접근이 요구된다. 본 논문에서는 ...
무선전력전송기술은 기존의 전선을 통한 전원공급 및 충전방식을 대체할 수 있는 기술로, 그 활용도가 점차 확대되고 있다. 최근 핸드폰의 무선 충전기나 전기차의 무선충전기등에 활발한 연구와 제품이 출시되고 있다. 그러나 기존의 상전도선(구리도선)을 활용하기 때문에 전송효율을 나타내는 Q값에 한계가 있다. 또한 구리선재의 특성상 전류밀도에 한계가 있어 대용량 전송을 위한 다양한 기술적 접근이 요구된다. 본 논문에서는 무선전력 전송 시스템의 대용량의 전송효율을 향상시키기 위해 전기저항 값이 매우 작고 전류밀도가 매우 높은 고온 초전도 기술을 융합하였다. 초전도 선재는 상전도 선재보다 Q값과 전류밀도가 매우 높기 때문에 대용량의 무선전력전송에 유리하다. 또한 전력원으로 기존의 상용전원을 사용하지 않고 태양광에너지전원을 주 전원으로 사용하였다. 무한한 태양광에너지를 이용함으로써 지속가능한 에너지를 사용할 수 있다. 또한 이 에너지를 기존의 유선방식이 아니라 무선방식으로 전송함으로써, 설치환경 및 사용 환경에서 큰 장점을 가질 수 있게 된다. 본 논문은 태양광에너지 시스템과 이를 결합한 고온초전도 무선전력 전송시스템의 설계, 실험 및 적용 가능성을 검증하는 내용을 담고 있다. 우선 첫 번째로, 기존 무선전력전송에서의 전송효율의 한계성과 안테나 소재의 한계성에 대하여 분석하였고, 초전도 기술과 초전도 선재의 도입 필요성에 대하여 조사하였다. 또한 태양광시스템의 도입 필요성과 당위성에 대하여 논하였고, 대부분의 연구가 소신호 위주의 전력전송이지만, 본 논문에서는 대전력 전송으로 차별화를 주장하였다. 두 번째로, 전체시스템의 구성에 대한 이론적인 배경을 소개하였고, 시스템은 크게 태양광시스템과 고온초전도 무선전력전송 시스템으로 나누어진다. 태양광시스템은 태양광모듈, PV컨트롤러, 배터리, 인버터로 구성된다. 무선전력전송 시스템은 MF Generator, 임피던스 매칭 네트워크, 송신, 수신, 공진 안테나, 부하로 구성된다. 태양광시스템에 대하여 PVSYST시뮬레이션을 이용하여 시스템의 발전효율과 연간발전량을 예측하였다. 또한 무선전력전송시스템에 대하여 ADS 시뮬레이션을 통하여 미리 설계 타당성을 확인하였다. 독립형 태양광발전 시스템과 고온초전도 안테나를 적용한 무선전력전송시스템의 실제 실험 환경을 구축하여 실험하였다. 마지막으로, 실험은 전체 3 파트로 나누어 진행하였는데 Part 1에서는 초전도 안테나를 적용하여 전송전력 향상 시험에 대하여 실험을 진행하였다. 초전도 안테나 VS 상전도 수신기, 상전도 안테나 VS 상전도 수신기의 전송효율 조사 및 특성 분석을 알아보았다. Part 2에서는 초전도 안테나를 적용하여 멀티 전송 및 전송거리 확대 시험을 진행하였다. Part 3에서는 여러 개의 송신안테나가 고정되어 있고, 수신단의 안테나가 움직일 때 전송효율을 알아보았다. 수신부의 안테나가 상전도 안테나일 경우와 초전도 안테나를 사용하였을 때를 비교하였다. 여러 실험을 통해, 초전도를 사용한 안테나의 경우가 전송 효율과 거리 향상이 됨을 검증하였다.
무선전력전송기술은 기존의 전선을 통한 전원공급 및 충전방식을 대체할 수 있는 기술로, 그 활용도가 점차 확대되고 있다. 최근 핸드폰의 무선 충전기나 전기차의 무선충전기등에 활발한 연구와 제품이 출시되고 있다. 그러나 기존의 상전도선(구리도선)을 활용하기 때문에 전송효율을 나타내는 Q값에 한계가 있다. 또한 구리선재의 특성상 전류밀도에 한계가 있어 대용량 전송을 위한 다양한 기술적 접근이 요구된다. 본 논문에서는 무선전력 전송 시스템의 대용량의 전송효율을 향상시키기 위해 전기저항 값이 매우 작고 전류밀도가 매우 높은 고온 초전도 기술을 융합하였다. 초전도 선재는 상전도 선재보다 Q값과 전류밀도가 매우 높기 때문에 대용량의 무선전력전송에 유리하다. 또한 전력원으로 기존의 상용전원을 사용하지 않고 태양광에너지전원을 주 전원으로 사용하였다. 무한한 태양광에너지를 이용함으로써 지속가능한 에너지를 사용할 수 있다. 또한 이 에너지를 기존의 유선방식이 아니라 무선방식으로 전송함으로써, 설치환경 및 사용 환경에서 큰 장점을 가질 수 있게 된다. 본 논문은 태양광에너지 시스템과 이를 결합한 고온초전도 무선전력 전송시스템의 설계, 실험 및 적용 가능성을 검증하는 내용을 담고 있다. 우선 첫 번째로, 기존 무선전력전송에서의 전송효율의 한계성과 안테나 소재의 한계성에 대하여 분석하였고, 초전도 기술과 초전도 선재의 도입 필요성에 대하여 조사하였다. 또한 태양광시스템의 도입 필요성과 당위성에 대하여 논하였고, 대부분의 연구가 소신호 위주의 전력전송이지만, 본 논문에서는 대전력 전송으로 차별화를 주장하였다. 두 번째로, 전체시스템의 구성에 대한 이론적인 배경을 소개하였고, 시스템은 크게 태양광시스템과 고온초전도 무선전력전송 시스템으로 나누어진다. 태양광시스템은 태양광모듈, PV 컨트롤러, 배터리, 인버터로 구성된다. 무선전력전송 시스템은 MF Generator, 임피던스 매칭 네트워크, 송신, 수신, 공진 안테나, 부하로 구성된다. 태양광시스템에 대하여 PVSYST 시뮬레이션을 이용하여 시스템의 발전효율과 연간발전량을 예측하였다. 또한 무선전력전송시스템에 대하여 ADS 시뮬레이션을 통하여 미리 설계 타당성을 확인하였다. 독립형 태양광발전 시스템과 고온초전도 안테나를 적용한 무선전력전송시스템의 실제 실험 환경을 구축하여 실험하였다. 마지막으로, 실험은 전체 3 파트로 나누어 진행하였는데 Part 1에서는 초전도 안테나를 적용하여 전송전력 향상 시험에 대하여 실험을 진행하였다. 초전도 안테나 VS 상전도 수신기, 상전도 안테나 VS 상전도 수신기의 전송효율 조사 및 특성 분석을 알아보았다. Part 2에서는 초전도 안테나를 적용하여 멀티 전송 및 전송거리 확대 시험을 진행하였다. Part 3에서는 여러 개의 송신안테나가 고정되어 있고, 수신단의 안테나가 움직일 때 전송효율을 알아보았다. 수신부의 안테나가 상전도 안테나일 경우와 초전도 안테나를 사용하였을 때를 비교하였다. 여러 실험을 통해, 초전도를 사용한 안테나의 경우가 전송 효율과 거리 향상이 됨을 검증하였다.
Wireless power transmission technology is a technology that can replace power supply and charging method via conventional electric wires, and its utilization degree is gradually expanding. Current density is limited due to the characteristics of the copper wire, and various technical approaches for ...
Wireless power transmission technology is a technology that can replace power supply and charging method via conventional electric wires, and its utilization degree is gradually expanding. Current density is limited due to the characteristics of the copper wire, and various technical approaches for large capacity transmission are required. In this thesis, we integrated the high temperature superconducting technology which has very low electric resistance value and very high current density for improving the transmission capacity of large capacity of the wireless power transmission system. Superconducting wires are advantageous for large-capacity wireless power transmission because they have higher Q values and current densities than normal conductor wires. Further more, we use solar power as the main power source instead of conventional commercial power source. By using infinite solar energy, sustainable energy can be used. This thesis includes contents to verify the design, experiment, and applicability of solar power generation system and high temperature superconducting wireless power transmission system combining both method. First, the limit of transmission efficiency and limitation of antenna material in existing wireless power transmission were analyzed and the necessity of introducing superconducting wire was investigated. In addition, we discuss the necessity and validity of introduction of photovoltaic power generation system, and most of the research is regarding power transmission of small signal, however this thesis we have differentiated them by high power transmission. Secondly, the theoretical background of the overall system configuration is introduced, and the system can be significantly divided into a solar power generation system and a high-temperature superconducting wireless power transmission system. Solar systems consist of solar modules, PV controllers, batteries, and inverters. The wireless power transmission system consists of an MF Generator, an impedance matching network, a transmit and receive antenna, and a load. The PV system predicted the power generation efficiency and the annual power generation of the system using PVSYST simulation. The design validity of the wireless power transmission system was verified through ADS simulation. Experimental environment of a wireless power transmission system using a stand-alone photovoltaic power generation system and a high-temperature superconducting antenna was constructed and tested. Finally, the experiment was divided into three parts in total. In part 1, we conducted experiments on improving transmission power by applying a superconducting antenna. In part 2, Multi-transmission and transmission distance extension tests were conducted by applying superconducting antenna. In part 3, several transmission antennas were fixed, and the transmission efficiency was examined when the receiving antenna was moving. Comparison was made between the case where the antenna of the receiving part is a normal conducting antenna and the case of using the superconducting antenna. Through various experiments, it has been verified that the transmission efficiency and distance were improved by using superconducting antenna.
Wireless power transmission technology is a technology that can replace power supply and charging method via conventional electric wires, and its utilization degree is gradually expanding. Current density is limited due to the characteristics of the copper wire, and various technical approaches for large capacity transmission are required. In this thesis, we integrated the high temperature superconducting technology which has very low electric resistance value and very high current density for improving the transmission capacity of large capacity of the wireless power transmission system. Superconducting wires are advantageous for large-capacity wireless power transmission because they have higher Q values and current densities than normal conductor wires. Further more, we use solar power as the main power source instead of conventional commercial power source. By using infinite solar energy, sustainable energy can be used. This thesis includes contents to verify the design, experiment, and applicability of solar power generation system and high temperature superconducting wireless power transmission system combining both method. First, the limit of transmission efficiency and limitation of antenna material in existing wireless power transmission were analyzed and the necessity of introducing superconducting wire was investigated. In addition, we discuss the necessity and validity of introduction of photovoltaic power generation system, and most of the research is regarding power transmission of small signal, however this thesis we have differentiated them by high power transmission. Secondly, the theoretical background of the overall system configuration is introduced, and the system can be significantly divided into a solar power generation system and a high-temperature superconducting wireless power transmission system. Solar systems consist of solar modules, PV controllers, batteries, and inverters. The wireless power transmission system consists of an MF Generator, an impedance matching network, a transmit and receive antenna, and a load. The PV system predicted the power generation efficiency and the annual power generation of the system using PVSYST simulation. The design validity of the wireless power transmission system was verified through ADS simulation. Experimental environment of a wireless power transmission system using a stand-alone photovoltaic power generation system and a high-temperature superconducting antenna was constructed and tested. Finally, the experiment was divided into three parts in total. In part 1, we conducted experiments on improving transmission power by applying a superconducting antenna. In part 2, Multi-transmission and transmission distance extension tests were conducted by applying superconducting antenna. In part 3, several transmission antennas were fixed, and the transmission efficiency was examined when the receiving antenna was moving. Comparison was made between the case where the antenna of the receiving part is a normal conducting antenna and the case of using the superconducting antenna. Through various experiments, it has been verified that the transmission efficiency and distance were improved by using superconducting antenna.
주제어
#phtovoltaic power generation system supercounducting coil HTS wirless power transmission system 태양광에너지시스템 고온초전도 코일 무선전력전송 고효율 송수신 고온초전도 무선전력전송 시스템
학위논문 정보
저자
김대욱
학위수여기관
Graduate School, Yonsei University
학위구분
국내박사
학과
Graduate Program in Climate Change Energy Engineering
지도교수
고태국
발행연도
2018
총페이지
x, 104장
키워드
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