[논문]구내 직류배전기술과 그린홈 구현사례

이경호; 구경완

문제 정의

그린투마로우는 당사의 친환경 가치를 기술로 승화시킨 자연과 인간이 공존하는 미래 가치공간이다. 건물 생애주기에 걸친 지속가능성에 근간을 두고 건물의 환경부하와 에너지 부하를 줄이는 동시에 생활편의를 도모하고자 하였다. 이를 위해 Zero Energy, Zero Emission, Green IT의 개념을 정의하였으며, 이 세 가지 개념은 서로 보완작용을 하여 그린투마로우 구현의 틀을 완성하였다.
작년 말 당사는 용인 동백지구 내에 에너지 부하저감, 에너지 효율이용, 자연 에너지 활용 기술을 통합적으로 적용한 그린홈 (일명 제로에너지 하우스 Green Tomorrow)을 구현하였다. 본고에서는 최종소비자의 전력설비를 직류에 유연하게 대응 가능한 구내 직류배전 기술을 개발하고 그린홈에 구현한 사례를 소개하고자 한다.

가설 설정

- 신재생에너지 및 LED조명의 경우 직류체계의 효용성이 높으며 스마트그리드 환경에서 적응력이 좋다.

제안 방법

2에서 언급한 바와 같이 구내배전에 안전상 400V DC까지 가용하다. 220V AC 배선망 및 기존 전자기기를 수정 없이 사용할 수 있도록 220V AC를 정류하여 나오는 300V DC를 적용하였다. 현재 구내 직류배전에서 접지시공방식에 대한 명확한 기준이 없으므로 누전시 접지방식 보다 인체에 안전한 비접지 방식을 채택 하였다.
구성에서 측정된 기초자료를 바탕으로 시뮬레이션을 수행하였다. 교류의 Best-effort(고가 고효율 교류장비) 구성 대비 직류 체계에서 효율은 7.
적용된 지붕형 결정질 태양전지의 전력 생산 효율을 극대화하기 위해 건물의 향과 같이 정남으로 배치하고 설치 경사각은 계절별 태양 고도의 영향이 최소화 될 수 있도록 15도로 설계하였다. 모듈의 음영과 음영 등에 의해 발전 생산량이 급격히 저하되고 모듈이 소손을 방지하기 위해 직렬22, 병렬 8로 시스템을 구축하여 전력 생산의 안전화를 꾀하였다. 현장의 일평균 일조시간이 3.
다가오는 디지털 부하와 분산전원 시대에 직류배전은 전력 시스템의 효율 향상과 품질 향상을 위하여 도입되어야 할 과제이다[12]. 본고에서는 구내용으로 적용 가능한 그린 직류배전기술을 제시하였으며, 그린홈에 구현함으로써 기술 실현 가능성을 실증하고 다음과 같은 결과를 확인하였다.
선간절연 감시 장치를 통해 측정하고 10kΩ 이하일 때 배선용차단기에 신호를 보내어 트립이 되도록 분전반을 구성하였다.
건물 생애주기에 걸친 지속가능성에 근간을 두고 건물의 환경부하와 에너지 부하를 줄이는 동시에 생활편의를 도모하고자 하였다. 이를 위해 Zero Energy, Zero Emission, Green IT의 개념을 정의하였으며, 이 세 가지 개념은 서로 보완작용을 하여 그린투마로우 구현의 틀을 완성하였다. 이들 기술 개념은 기술통합과 최적화를 통해 그 가치를 더욱 빛을 발 할 수 있다.
63MWh로 예상되었으며 소비 전력량의 100%를 태양광발전이 담당할 수 있도록 태양전지의 설치방향, 설치각도, 재질 및 용량을 산정하였다. 적용된 지붕형 결정질 태양전지의 전력 생산 효율을 극대화하기 위해 건물의 향과 같이 정남으로 배치하고 설치 경사각은 계절별 태양 고도의 영향이 최소화 될 수 있도록 15도로 설계하였다. 모듈의 음영과 음영 등에 의해 발전 생산량이 급격히 저하되고 모듈이 소손을 방지하기 위해 직렬22, 병렬 8로 시스템을 구축하여 전력 생산의 안전화를 꾀하였다.
그린투마로우에서는 차고내 직류 전원콘센트와 직류전력량계를 설치하고 사용자는 전기자동차와 직류전원콘센트를 충전케이블로 연결하여 충전을 실시한다. 충전이 시작되면 디스플레이 장치를 통한 충전시간, 금액, 만충시 충전완료를 알려주고 에너지관리시스템 서버를 통해 사용료를 과금 되도록 구성하였다.
모듈의 음영과 음영 등에 의해 발전 생산량이 급격히 저하되고 모듈이 소손을 방지하기 위해 직렬22, 병렬 8로 시스템을 구축하여 전력 생산의 안전화를 꾀하였다. 현장의 일평균 일조시간이 3.5시간 정도임을 고려한 22kWp의 발전용량을 설치하여 그린투마로우의 전체 전력 사용량 100%를 담당하도록 하였다. 별도로 창호 블라인드 형으로 결정질 태양전지, 창호 형으로 연료 감응전지가 시범적으로 적용되어 있다.

대상 데이터

그린투마로우에서는 조명 에너지 저감을 위하여 고효율의 LED소자를 직류 드라이버로 구동시키고 기구 내 광 손실이 최소화 된 조명기구를 사용하였다. 일반적인 교류LED드라이버와 본 건물에 적용하기 위해 제작된 고안정도 직류모듈을 그림10과 같이 제작 하였다. 실험결과 교류대비 직류드라이버는 20W LED 모듈 구동 시 교류드라이버에 비해 약13% 향상된 효율을 알 수 있었다.

성능/효과

에너지관리시스템(EMS)는 사용자에게 에너지 피드백 시스템을 통해 에너지 사용량을 알려주어 에너지 사용자의 자발적 참여(수요반응,Demand Response)로에너지 절감을 할 수 있도록 도와주며, 에너지 사용기기 또한 최소한의 제어를 통하여 에너지 절감 효과를 만들어 낸다. EMS을 통한 에너지 절감 효과는 국내 및 해외 사례를 통하여 실증한 결과 10-15%의 에너지 사용량을 절감하는 효과가 있었다. 그린투마로우에 적용된 그림 11의 EMS는 에너지가 발생된 부분에 대하여 계측을 하고 발전 전력 소비전력을 모니터링을 하여월 사용량과 월 발전량을 계산하고 월말 예상 금액을 산출한다.
일반적인 교류LED드라이버와 본 건물에 적용하기 위해 제작된 고안정도 직류모듈을 그림10과 같이 제작 하였다. 실험결과 교류대비 직류드라이버는 20W LED 모듈 구동 시 교류드라이버에 비해 약13% 향상된 효율을 알 수 있었다.
에너지 시뮬레이션 결과 사용되는 일일 소비전력량은 62,668kWh, 연간 소비 전력량은 22.63MWh로 예상되었으며 소비 전력량의 100%를 태양광발전이 담당할 수 있도록 태양전지의 설치방향, 설치각도, 재질 및 용량을 산정하였다. 적용된 지붕형 결정질 태양전지의 전력 생산 효율을 극대화하기 위해 건물의 향과 같이 정남으로 배치하고 설치 경사각은 계절별 태양 고도의 영향이 최소화 될 수 있도록 15도로 설계하였다.
6% 개선되었으며, 보편적인 교류체계를 기준으로 하는 경우 22%가 개선되었다[11]. 특히 저장 장치의 활용도가 높아질수록 직류 체계의 효율이 더욱 증가하는 것으로 확인되었다. 현실적으로 교류체계의 Best-effort 도입에는 한계가 있으므로 분산전원 및 저장장치가 없는 경우에도 직류체계의 효율 개선효과가 상당히 (빌딩 17.

후속연구

최근 그린에너지 시대의 급작스런 도래와 더불어 전력 산업의 패러다임 변화에 따라 스마트그리드 기술이 국가차원의 저탄소 녹색성장의 중추 산업 분야가 될 전망이다. 이와 더불어 그린홈, 그린 빌딩, 그린ICT, 신재생 에너지 및 전기자동차를 아우르는 고효율 에너지 네트워크 인프라로 직류배전이 크게 공헌 할 것으로 기대된다.
향후 전기자동차가 실용화가 이뤄지면 주거시설을 비롯하여 다양한 시설물에서 전기자동차를 충전할 수 있는 인프라 구축요소가 생길 것으로 예상된다. 충전 시스템 설계의 주안점은 다음과 같다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	풍력발전이란 무엇인가?	풍력발전이란 공기의 운동에너지 특성을 이용하여 회전자를 회전시켜 기계적 에너지가 발생되며, 발생된 기계에너지를 이용 유도전동기를 통해 전기에너지로 변환하는 기술이다. 현장에 적용된 모델은 수직축 3kW가 시공되었으며 평균 유효풍속으로 일당 3.
	연료전지가 수소 공급 시스템을 갖추기 전까지 사용해온 것은?	연료전지는 수소를 연료로 하나, 수소 공급 시스템을 갖추기 이전까지는 LNG 또는 LPG를 주로 사용한다. 공급된 연료는 개질기에서 수소로 성분이 변화하며, 스택(Stack)에서 공기 중의 산소와 반응하여 전기와 열을 생산한다.
	LED의 사용 도중 정류과정에서 발생하는 효율 저하를 개선하는 방법은?	LED를 구동 하기 위해서는 일반적으로 사용되는 LED드라이버의경우 교류를 입력전원으로 받아 정류과정을 거쳐 최종적으로 LED모듈에 맞는 직류전압으로 변환되어야 한다. 정류과정에서 효율이 저하 되는데 이 손실을 직류로 직접 구동하는 드라이버를 사용하면 효율이 개선될 수 있다. 그린투마로우에서는 조명 에너지 저감을 위하여 고효율의 LED소자를 직류 드라이버로 구동시키고 기구 내 광 손실이 최소화 된 조명기구를 사용하였다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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