[논문]태양광에너지 시스템이 결합된 HTS 자속펌프의 제작 및 예비실험

김대욱; 정윤도; 조현철; 윤용수; 김현기; 고태국

doi:10.9714/psac.2011.13.1.022

태양광에너지 시스템이 결합된 HTS 자속펌프의 제작 및 예비실험
Fabrication and Test of HTS Flux Pump Combined with Solar Energy System 원문보기

한국초전도·저온공학회논문지 = Superconductivity and cryogenics, v.13 no.1, 2011년, pp.22 - 26

김대욱 (연세대학교 수소연료전지협동) , 정윤도 (수원대학교 전기공학과) , 조현철 (연세대학교 전기전자공학과) , 윤용수 (안산공과대학 전기과) , 김현기 (수원대학교 전기공학과) , 고태국 (연세대학교 전기전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

As new one of superconducting power supplies, we proposed an HTS flux pump utilized a solar energy system. As an eternal electric energy can be converted by the solar system, the solar energy system is promisingly applied as an energy source in the power applications. Especially, since the solar energy system played a role in conventional utility power, total power consumption of the flux pump system are provided by solar energy. That means its operating efficiency is remarkably improved compared with developed flux pumps. A solar energy system is comprised of solar panel, photo-voltaic (PV) controller, converter and battery. The HTS flux pump consists of an electromagnet, two thermal heaters and a Bi-2223 magnet. In this paper, we describe the possibility the fusion technology between superconducting power supply and solar energy system. As a fundamental step, the fabrication, structure and experimental results are explained.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 본 시스템이 고온 초전도마그넷용 전류 보상 기로서의 안정 적 인 충전특성을 확인하기위해 동작전류 상태에서 충전특성을 조사하였다. 그림 7은 제안한 시스템을 보상기로 적용하기위해 영구전류모드 30A에서 운전하였으며, 컨버테에서 5A와 4A의 정전류가 인가되었을 때의 안정적인 충전특성을 확인하였다.
축전지에서 출력되는 전압은 24V 전압이므로 히터 스위치 전원을 공급해주기 위해서는 승압을 해 주어 야 한다. 만약 축전지의 출력전압이 30V이상 출력되는 경우 히터전원 공급용 부스터 컨버터가 필요가 없지만, 향후 다양한 실험환경에서 시험시 필요요소가 있으므로 본 실험에 적용을 해보았다. 본 실험에는 2종류의 컨버터가 사용되어 졌는데, HTS 마그넷 전원용으로는 리니어타입의 컨버터(이하 컨버터 1)가 이용되었으며 , 히터전원용으로는 스위칭타입의 부스터컨버터(이하 컨버터2)가 사용되어 졌다.
이와 같은 태양광에너지를 이용한 고온초전도 자속펌프는 시스템의 동작 효율을 극대화하고, 무한한 에너지원인 태양광에너지를 활용하기 위하여 개발되었다. 본 논문에서는 이러한 태양광에너지를 이용한 고온 초전도 전원장치의 기반연구로서, 각 요소의 기술요소를 설계하고 제작하여 기본적인 운전특성을 검증하고 실험적으로 수행하였다.
본 논문에서는 태양광에너지 시스템을 결합한 고온초전도 자속펌프를 설계, 제작하여 영구전류 모드에서의 충전전류 기초실험을 수행하였다. 초전도 마그넷에 에너지를 공급하는 방법으로 태양광 시스템과 전력전자 기술을 이용한 컨버터의 설계 및 실제 제작을 통하여 관련분야의 융합기술을 습득하였다.
본 예비시험은 초전도 자속펌프가 태양광 에너지를 이용하여 초전도 전원장치로서 안정적인 충전 특성을 갖는지를 확인하였다. 그림 6은 컨버터 1에서 6A 정전류가 인가되었을 때 마그넷의 충전전류가 포화된 특성을 나타낸 결과이다.
이와 같은 태양광에너지를 이용한 고온초전도 자속펌프는 시스템의 동작 효율을 극대화하고, 무한한 에너지원인 태양광에너지를 활용하기 위하여 개발되었다. 본 논문에서는 이러한 태양광에너지를 이용한 고온 초전도 전원장치의 기반연구로서, 각 요소의 기술요소를 설계하고 제작하여 기본적인 운전특성을 검증하고 실험적으로 수행하였다.

제안 방법

안정 적 인 충전특성을 확인하기위해 동작전류 상태에서 충전특성을 조사하였다. 그림 7은 제안한 시스템을 보상기로 적용하기위해 영구전류모드 30A에서 운전하였으며, 컨버테에서 5A와 4A의 정전류가 인가되었을 때의 안정적인 충전특성을 확인하였다.
사용하였다. 모듈설치방식에는 크게 고정식과 추적식으로 나누는데, 본 실험에서는 고정식을 사용하였다. 고정식으로 설치할 경우 태양광의 설치각도에 따라 발전용량이 크게 차이가 나는데 PV 모듈 경사각 30°에서 측정한 결과 값이 경사각 20。및 40。일 때보다 발전효율이 12~17% 상승된다[9〕.
초전도 자속펌프의 제원은 표 4와 같다. 변압기형태의 전자석의 1차측 권선은 구리선으로 권선하였으며, 2차측 권선은 BSCCO 마그넷에서 나온 양단의 BSCCO 선재에서 한 단을 이용하여 솔레노이드 형태로 6회를 권선하여 제작하였다. 히터 트리거 스위치는 BSCCO 선재에 극저온 히터용 NiCr 선을 사용하여 직접 권선하였다.
우리는 태양광 발전시스템과 고온초전도 자속 펌프 시스템을 융합하여 새로운 초전도전원장치를 제안하였다. 이와 같은 태양광에너지를 이용한 고온초전도 자속펌프는 시스템의 동작 효율을 극대화하고, 무한한 에너지원인 태양광에너지를 활용하기 위하여 개발되었다.
초전도 마그넷에 에너지를 공급하는 방법으로 태양광 시스템과 전력전자 기술을 이용한 컨버터의 설계 및 실제 제작을 통하여 관련분야의 융합기술을 습득하였다. 그리고 태양광으로부터 공급된 전기에너지가 초전도 마그넷에 안정적으로 충전됨을 확인하였다.
충전되는 전류량을 측정하기 위해서 마그넷 중앙에 비접촉으로 측정이 가능한 홀센서를 설치하였고, 1차 측 권선과 히터 스위치에 인가되는 전류의 측정은 각각 션트(shunt) 저항을 이용하였다. 실험은 액체 질소 환경에서 수행하였고, 온도를 포함한 모든 신호는 DAQ(Data Acquisition) 통해 PC에 전송된다.
실험은 액체 질소 환경에서 수행하였고, 온도를 포함한 모든 신호는 DAQ(Data Acquisition) 통해 PC에 전송된다. 태양광 에너지를 초전도 펌프에 자속을 공급하기 위해 태양광에서 변환된 DC 전류를 컨버터 1에서 변환하여 6A, 5A, 4A씩 증가시키면서 1차측 코일에 전류를 인가하여 충전 실험을 수행하였다. 또한 히터 스위치에는 30.
사용된다. 태양광발전 시스템은 독립형 시스템과 계통연계형 시스템으로 나눌 수 있는데 본 논문에서는 독립형 시스템을 채택하였다. 독립형 태양광발전시스템은 주간에 태양전지에서 발전된 전기를 축전지에 저장하고 부하량이 발전량보다 큰 경우나 발전이 불가능한 야간에는 축전지에서 공급하게 된다.
변압기형태의 전자석의 1차측 권선은 구리선으로 권선하였으며, 2차측 권선은 BSCCO 마그넷에서 나온 양단의 BSCCO 선재에서 한 단을 이용하여 솔레노이드 형태로 6회를 권선하여 제작하였다. 히터 트리거 스위치는 BSCCO 선재에 극저온 히터용 NiCr 선을 사용하여 직접 권선하였다.

대상 데이터

본 논문에 사용된 테양광 에너지시스템은 고온 초전도 자속펌프의 마그넷에 에너지를 공급하기 위한 에너지원으로 사용된다. 태양광발전 시스템은 독립형 시스템과 계통연계형 시스템으로 나눌 수 있는데 본 논문에서는 독립형 시스템을 채택하였다.
본 시스템에 사용된 모듈은 독일 Conergy 사의 Power Plus 210 모델을 사용하였으며, 2대를 병렬로 연결하여 사용하였다. 모듈설치방식에는 크게 고정식과 추적식으로 나누는데, 본 실험에서는 고정식을 사용하였다.
만약 축전지의 출력전압이 30V이상 출력되는 경우 히터전원 공급용 부스터 컨버터가 필요가 없지만, 향후 다양한 실험환경에서 시험시 필요요소가 있으므로 본 실험에 적용을 해보았다. 본 실험에는 2종류의 컨버터가 사용되어 졌는데, HTS 마그넷 전원용으로는 리니어타입의 컨버터(이하 컨버터 1)가 이용되었으며 , 히터전원용으로는 스위칭타입의 부스터컨버터(이하 컨버터2)가 사용되어 졌다. 표2, 3에 컨버터의 규격을 나타내고 있다.

성능/효과

초전도 마그넷에 에너지를 공급하는 방법으로 태양광 시스템과 전력전자 기술을 이용한 컨버터의 설계 및 실제 제작을 통하여 관련분야의 융합기술을 습득하였다. 그리고 태양광으로부터 공급된 전기에너지가 초전도 마그넷에 안정적으로 충전됨을 확인하였다. 이와 같은 기반기술은 태양광 에너지를 초전도 마그넷에 저장하는 에너지 저장기술의 기반기술이 되며, 다양한 컨버터의 개발을 통해 대용량의 전류를 저장하는 저장장치로서의 가능성을 확인하게 되었다.
또한 기존의 자속펌프는 외부에서 DC 에너지원을 공급받는 반면에, 제안된 시스템은 태양광에너지를 이용함으로써 시스템의 전력효율을 극대화할 수 있음을 확인할 수 있었다.

후속연구

최근 접합기술의 발달과 선재의 특성이 향상되어 전류감쇄율을 크게 낮추었지만, 고온 초전도 마그넷의 경우 적어도 60uA/s이상의 전류감쇄가 발생하게 된다BI. 따라서 본 논문에서의 시스템을 기반으로 하여 DC 컨버터와 2차측 코일의 용량을 안정적으로 크게 설계한다면 실제 고온 초전도 마그넷의 전류 감쇄분을 보상하기에는 충분하다고 사료된다.
추후 계획으로는 컨버터의 다양한 동작 조건에서의 안정적인 충전 특성을 조사하게 되며, 태양광 에너지를 초전도 마그넷에 저장하기 위한 대용량의 컨버터 제작과 동작특성을 수행할 계획이다.

참고문헌 (10)

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상세보기
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상세보기
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상세보기
조현철, 장기성, 장재영, 김형준, 정윤도, 윤용수, 고태국, "BSCCO Magnet 제작 및 영구전류모드에서의 전류 보상운전 특성," 한국초전도저온공학회 논문지 12권 1호, 2010년 3월.
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상세보기
최동진, "태양광 발전시스템에서 모듈 설치 각도와 어레이 간격의 비교 연구," 한국전기학회 논문지 vol.23, no.1, pp.162-168, 2009.
조현철, 양성은, 김영재, 황영진, 윤용수, 정윤도, 고태국, "고온초전도 전원장치를 이용한 BSCCO Magnet의 충전 및 영구전류 운전특성," 한국초전도저온공학회 논문지 11권 1호, 2009년 3월.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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