태양광발전은 발전 셀의 특성상 태양광의 일사량에 따라 발전량이 달라지며, 태양과 셀 단면이 이루는 각도에 의하여 발전량에 차이를 가져온다. 일사량은 경도와 위도로 분류되는 지구표면의 위치와 계절에 의하여 결정되는 반면, 태양과 발전 셀의 단면이 이루는 각도는 고정된 위치에서 태양광발전 장치의 각도를 가변함으로서 변경가능하다. 실용적인 발전효율 향상 방안으로 태양광 발전 장치의 각도 조절방법이 많이 사용되며, 이를 위한 태양추적장치에 대한 연구가 활발하다. 본 연구에서는 태양광발전 효율향상을 위한 태양추적시스템에 관한 연구를 진행하였다. 본 연구의 태양추적시스템은 광도전효과(Photo conductive effect)를 이용한 반도체 포토센서를 이용하여 태양의 위치확인을 위한 센서부를 구성하였으며, 센서의 출력신호를 마이크로프로세서를 이용하여 해석하고, 태양을 추적하기위한 구동부 제어신호를 발생시켰다. 태양추적시스템의 성능분석을 위한 태양발전장치(10W)를 제작하였으며, 실험을 통하여 연구에서 설계및제작된 태양추적장치의 유용성을 확인하였다.
태양광발전은 발전 셀의 특성상 태양광의 일사량에 따라 발전량이 달라지며, 태양과 셀 단면이 이루는 각도에 의하여 발전량에 차이를 가져온다. 일사량은 경도와 위도로 분류되는 지구표면의 위치와 계절에 의하여 결정되는 반면, 태양과 발전 셀의 단면이 이루는 각도는 고정된 위치에서 태양광발전 장치의 각도를 가변함으로서 변경가능하다. 실용적인 발전효율 향상 방안으로 태양광 발전 장치의 각도 조절방법이 많이 사용되며, 이를 위한 태양추적장치에 대한 연구가 활발하다. 본 연구에서는 태양광발전 효율향상을 위한 태양추적시스템에 관한 연구를 진행하였다. 본 연구의 태양추적시스템은 광도전효과(Photo conductive effect)를 이용한 반도체 포토센서를 이용하여 태양의 위치확인을 위한 센서부를 구성하였으며, 센서의 출력신호를 마이크로프로세서를 이용하여 해석하고, 태양을 추적하기위한 구동부 제어신호를 발생시켰다. 태양추적시스템의 성능분석을 위한 태양발전장치(10W)를 제작하였으며, 실험을 통하여 연구에서 설계및제작된 태양추적장치의 유용성을 확인하였다.
Amount of power generated from solar photovoltaic can vary according to solar flux of sunlight due to nature of solar cell panel, and an angle that the sun and the surface of cell makes brings difference in amount of power generation. Solar flux is decided by location of surface of the Earth that is...
Amount of power generated from solar photovoltaic can vary according to solar flux of sunlight due to nature of solar cell panel, and an angle that the sun and the surface of cell makes brings difference in amount of power generation. Solar flux is decided by location of surface of the Earth that is classified into longitude and latitude, but on the other hand, an angle that the sung and the surface of cell makes can be changed by changing the angle of a solar power generation device at the fixed location. A method of changing the angle of a solar power generation device as a measure for improving practical power generation efficiency. and studies about a solar tracking device for this are in active. This study conducted a research on a solar tracking system for improvement of solar power generation efficiency. A solar tracking system of this study is composed of a sensor part to confirm a location of the sun with a semiconductor photosensor using the photo conductive effect, and it analyzed output signal of a sensor by using microprocessor and it produced a control signal of driving part for tracking the sun. A solar power generator (25W) was produced to analyze performance of a solar tracking system and usefulness of a solar tracking device that was designed and produced in this study was confirmed through experiments.
Amount of power generated from solar photovoltaic can vary according to solar flux of sunlight due to nature of solar cell panel, and an angle that the sun and the surface of cell makes brings difference in amount of power generation. Solar flux is decided by location of surface of the Earth that is classified into longitude and latitude, but on the other hand, an angle that the sung and the surface of cell makes can be changed by changing the angle of a solar power generation device at the fixed location. A method of changing the angle of a solar power generation device as a measure for improving practical power generation efficiency. and studies about a solar tracking device for this are in active. This study conducted a research on a solar tracking system for improvement of solar power generation efficiency. A solar tracking system of this study is composed of a sensor part to confirm a location of the sun with a semiconductor photosensor using the photo conductive effect, and it analyzed output signal of a sensor by using microprocessor and it produced a control signal of driving part for tracking the sun. A solar power generator (25W) was produced to analyze performance of a solar tracking system and usefulness of a solar tracking device that was designed and produced in this study was confirmed through experiments.
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문제 정의
일사량은 지역에 따라 차이가 발생하는 요소로 발전효율을 증대시키기 위해서는 발전 장치의 설치장소가 달라져야 한다는 제약이 있는 반면, 발전 셀 단면이 태양과 이루는 각도는 발전장치의 기구부를 회전시킴으로서 태양과 이루는 각도를 가변할 수 있다[4～6]. 따라서 본 연구에서는 태양광발전의 효율을 향상시키기 위하여 발전시스템의 태양추적에 기초가 되는 태양 추적 장치를 설계하였으며, 실험을 통하여 발전 효율 향상 성능을 확인하였다. 이러한 태양추적시스템은 대형 발전 시스템에서도 유용하게 활용될 것으로 판단되며, 특히 소형화가 가능하여 군에서 야전훈련/작전수행간 운용되는 무전기 및 야시경등의 비상 전원장치의 효율을 향상시킬 것으로 판단된다.
본 연구에서 태양추적시스템의 유용성을 확인하기 위한 소형 태양발전시스템를 구성하였다. 태양발전시스템은 발전부와 구동부, 그리고 제어부로 구성되며, 그림 5는 모터 구동부의 H-Bridge회로이다.
제안 방법
실험은 두 가지로 진행을 하였다. 맑은 날씨 상황에서 시스템을 한 방향만 바라보고 있는 고정시스템의 형태와 본 연구에서 설계 및 제작된 태양을 추적하는 추적시스템으로 나눠 진행을 하였다. 고정 시스템의 경우 정남방향을 방위각의 기준으로 하였을 때 태양광의 연평균 입사각인 33도로 설치하여 진행하였다.
본 연구에서는 CDS Cell을 이용하여 태양추적시스템을 설계하였다. 연구의 추적시스템은 회로를 단순화하고, 마이크로프로세서를 이용하여 센서의 신호를 해석 및 추적제어를 실시함으로서 태양추적시스템 설계의 단순화와 비용절감의 효과를 가져올 수 있을 것으로 판단 된다.
그림 9는 추적제어 알고리즘을 보여준다. 시스템은 S1, S2, S3, S4 4개의 센서신호를 입력받아 고도각제어를 위한 S1과 S2의 센서신호를 비교하여 태양의 위치가 추적시스템과 이루는 고도각의 차이를 판단하게되고, 방위각제어를 위하여 S3과 S4의 센서신호를 비교하여 태양의 위치가 추적시스템과 이루는 방위각의 차이를 판단하게 된다.
ON1과 ON2의 신호가 동시에 들어가게 되면 모터의 전압이 상승하고 소자에 열이 발생하여 회로가 손상된다. 이를 막기 위해 프로세서에 의해 ON1신호에서 ON2신호로 순간적인 변화 시 딜레이를 주어 회로가 손상되지 않도록 하였다. 그림 6은 태양발전시스템의 고도각 및 방위각 조정을 위하여 실제 시스템에 설치된 구동부를 보여준다.
그림 8은 태양추적 제어시스템의 구성을 나타낸다. 추적시스템의 구성은 CDS로 구현된 센서, 센서의 출력을 비교하는 비교부, 센서신호를 해석하고 처리하는 마이크로프로세서, 모터구동을 위한 구동부로 구성되었다.
표 2는 실험에 사용된 태양전지판의 규격을 나타낸다. 태양 전지를 구성 후 기구부의 상판에 태양전지를 설치하여 07AM-07PM까지 실험을 진행하였다. 고정시스템과 본 연구에서 설계제작한 추적시스템의 광발전 실험 결과를 표 3과 표 4에 나타내었으며, 그림 10은 두 시스템의 생산 전력량을 비교하여 나타내었다.
대상 데이터
그림 5에서 모터는 DC모터를 사용하였고 모터 드라이버는 모터의 정/역 제어에 원활한 H-Bridge 회로를 사용하였다. P형 MOSFET와 N형 MOSFET의 조합에 의해 모터의 회전이 정/역으로 바뀐다.
본 연구에서 사용한 광도전효과(Photo conductive effect)를 이용한 반도체 포토센서(CDS cell)는 그림 1과 같으며, 표 1은 포토센서의 전기적 특성으로 본 연구에서 사용된 센서는 최대정격파워 100mW, 최대정격 전압 150Vdc의 센서로서 입사 광량에 따라 저항 값이 변화한다.
센서에 의해 출력되는 값은 마이크로프로세서에 의해 제어된다. 본 연구에서는 ADC와 PWM이 내장되어 있는 ATMEGA128 프로세서를 사용하였다. ATMEGA 128은 8채널 10비트 분해능의 축자비교형 A/D컨버터를 가지고 있다.
성능/효과
또한, 설계 및 제작한 태양추적시스템을 이용하여 태양발전실험을 진행한 결과 본 연구에서 연구된 태양추적발전시스템이 고정식보다 높은 효율의 태양광발전을 할 수 있음을 확인하였다.
후속연구
소형 제작이 용이하여 군의 비상시나 야전작전 등에도 충분이 활용 가능 할 것으로 판단되며, 향후 태양 추적 시 발생되는 오차 수정 방안연구와, 외란에 의한 노이즈 대응방안연구를 진행하여 시스템의 성능을 향상시킨다면 태양광발전분야에 유용하게 활용될 것으로 판단 된다.
본 연구에서는 CDS Cell을 이용하여 태양추적시스템을 설계하였다. 연구의 추적시스템은 회로를 단순화하고, 마이크로프로세서를 이용하여 센서의 신호를 해석 및 추적제어를 실시함으로서 태양추적시스템 설계의 단순화와 비용절감의 효과를 가져올 수 있을 것으로 판단 된다.
따라서 본 연구에서는 태양광발전의 효율을 향상시키기 위하여 발전시스템의 태양추적에 기초가 되는 태양 추적 장치를 설계하였으며, 실험을 통하여 발전 효율 향상 성능을 확인하였다. 이러한 태양추적시스템은 대형 발전 시스템에서도 유용하게 활용될 것으로 판단되며, 특히 소형화가 가능하여 군에서 야전훈련/작전수행간 운용되는 무전기 및 야시경등의 비상 전원장치의 효율을 향상시킬 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
태양과 발전 셀의 단면이 이루는 각도는 어떻게 변경 가능한가?
태양광발전은 발전 셀의 특성상 태양광의 일사량에 따라 발전량이 달라지며, 태양과 셀 단면이 이루는 각도에 의하여 발전량에 차이를 가져온다. 일사량은 경도와 위도로 분류되는 지구표면의 위치와 계절에 의하여 결정되는 반면, 태양과 발전 셀의 단면이 이루는 각도는 고정된 위치에서 태양광발전 장치의 각도를 가변함으로서 변경가능하다. 실용적인 발전효율 향상 방안으로 태양광 발전 장치의 각도 조절방법이 많이 사용되며, 이를 위한 태양추적장치에 대한 연구가 활발하다.
태양광발전의 발전량을 다르게 하는 두 가지는 무엇인가?
태양광발전은 발전 셀의 특성상 태양광의 일사량에 따라 발전량이 달라지며, 태양과 셀 단면이 이루는 각도에 의하여 발전량에 차이를 가져온다. 일사량은 경도와 위도로 분류되는 지구표면의 위치와 계절에 의하여 결정되는 반면, 태양과 발전 셀의 단면이 이루는 각도는 고정된 위치에서 태양광발전 장치의 각도를 가변함으로서 변경가능하다.
태양광발전 효율향상을 위한 태양추적시스템에 관한 본 연구에서, 태양추적 시스템은 어떻게 설계되었는지 요약하시오.
본 연구에서는 태양광발전 효율향상을 위한 태양추적시스템에 관한 연구를 진행하였다. 본 연구의 태양추적시스템은 광도전효과(Photo conductive effect)를 이용한 반도체 포토센서를 이용하여 태양의 위치확인을 위한 센서부를 구성하였으며, 센서의 출력신호를 마이크로프로세서를 이용하여 해석하고, 태양을 추적하기위한 구동부 제어신호를 발생시켰다. 태양추적시스템의 성능분석을 위한 태양발전장치(10W)를 제작하였으며, 실험을 통하여 연구에서 설계및제작된 태양추적장치의 유용성을 확인하였다.
참고문헌 (6)
이경섭, "태양광발전 시스템의 일사량에 따른 전력패턴 분석" 전기학회논문지 : P. 제58P권 제4호 (2009년 12월), pp.602-608
김성균, "기후변화 감시 현재와 미래", 신재생에너지저널. 통권55호(2010년 6월), pp.88-92
김선호, "태양추적장치용 고정밀 태양위치검출시스템," 한국정밀공학회 2009년도 추계학술대회논문집, pp. 2. Korea, January 2010.
M. Serhan and L. EL-Chaar "TWO AXES SUN TRACKING SYSTEM:COMPARSION with a FIXED SYSTEM," International Conference on Renewable Energies and Power Quality, pp. 3, Granada, Spain, march 2010.
Ion Boldea and S.A.Nasar "ELECTRIC DRIVES",CRC, pp. 44-120, spring 1998.
Soteris, "Design and Construction of a One-Axis Sun-Tracking for PV Supplied DC motor," Solar Energy, Vol.69, No.4, pp. 343-350, 1996.
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