[논문]발전 효율향상을 위한 태양광추적 센서 및 제어기 개발

한기봉; 한태희; 이신원; 한승우

doi:10.7836/kses.2012.32.6.029

발전 효율향상을 위한 태양광추적 센서 및 제어기 개발
The development of solar tracking sensor and controller for improvement of generation efficiency 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.32 no.6, 2012년, pp.29 - 36

한기봉 (중원대학교 에너지자원공학부) , 한태희 (중원대학교 에너지자원공학부) , 이신원 (중원대학교 컴퓨터시스템공학과) , 한승우 (한국기계연구원 나노역학연구실)

Abstract ▼ AI-Helper

The existing solar tracking sensor for 2 axial control system to trace latitude and longitude is made of four phototransistor. The phototransistor-making is difficult and it's manufacturing is more high-priced than a wide use phototransistor because they have to the same characteristics of each phototransistor output signal. This paper described the algorithm for supplement these weakness. The algorithm applied to signal normalizing method and vector decomposition law. The deviations of each a wide use phototransistor output signal are resolved by signal normalizing method and it is able to make a solar tracking sensor using three phototransistor by vector decomposition law. Therefore, in this paper, it is reduced the number of phototransistor that is composed of solar tracking sensor and possible to use a wide use phototransistor by the proposed algorithm.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 태양광 추적센서를 구현하는데 있어서 상용화된 일반 광트랜지스터를 이용하는 방법을 제시하였다. 즉 광트랜지스터에서 출력되는 정기신호가 각 각 상대적인 값이 다르기 때문에 정규화 함으로써 서로 각 각의 광트랜지스터에서 출력되는 상대오차를 해결하였고, 또한 기존의 광트랜지스터 4개를 이용하여 광 추적센서를 구현하는 대신에 광트랜지스터 3개만을 사용하여 태양광 추적센서 및 이를 활용하여 제어하는 방법을 제시하였다.
본 연구에서는 태양광 추적센서의 성능을 평가하기위해 기존 추적센서와 제안된 추적센서의 위치를 다음과 같은 조건에서 실험을 하였다.

제안 방법

4는 본 연구에서 제안한 태양광 추적센서를 나타낸다. PCB(printed circuit board) 상에 사진과 같이 정 삼각형 각각의 변 중심위치에 광트랜지스터를 부착하였고, 광트랜지스터 중심에 정 삼각기둥을 세웠다. Fig.
따라서 본 연구에서는 이러한 단점들을 해결하기 위해서 먼저 광트랜지스터에서 출력되는 각각의 전기적 특성 신호 값들을 정규화(normalizing)함으로써 각각의 광트랜지스터들의 전기신호에 대한 오차 값들을 극복하였고, 또한 태양광 추적오차를 계산하는 알고리즘을 제안함으로써 기존에 4개의 광트랜지스터를 이용하여 태양광 위치추적센서를 구현했던 방식을 3개의 광트랜지스터만으로도 태양의 위치추적을 할 수 있는 태양광 추적센서 및 태양광 추적제어기를 구현할 수 있었다. 이를 2자유도를 갖는 태양광추적 메커니즘에 적용하여 성능을 검증하였다.
여기서 추적오차의 정밀도를 높이기 위해서 각각의 광트랜지스터는 동일한 출력이 필요하다. 본 논문에서는 이를 해결하기위해서 다음과 같이 각각의 광트랜지스터에서 출력되는 전기신호의 크기를 정규화 (normalizing)하였다. 일정 크기의 일사량에서 4개의 광트랜지스터에서 출력되는 전기신호의 값들을 A₁, A₂, B₁, B₂라 하면 정규화 된 각각의 전기신호를 이용하여 태양광 추적오차를 나타내면 다음과 같다.
본 연구에서는 태양이 0.1도 움직이는데 약 30초가 걸리는 것을 고려하여 먼저 x 방향을 제어한 다음 순차적으로 y 방향을 제어하였다. 따라서 제어신호 값 #는 x방향성분의 제어신호 값 u_x(t)과 y방향 성분의 제어신호 값 u_y(t)로 구성되어 있는데 이들은 서로 독립된 식으로써 각각 다음과 같이 구해진다.
따라서 본 연구에서는 이러한 단점들을 해결하기 위해서 먼저 광트랜지스터에서 출력되는 각각의 전기적 특성 신호 값들을 정규화(normalizing)함으로써 각각의 광트랜지스터들의 전기신호에 대한 오차 값들을 극복하였고, 또한 태양광 추적오차를 계산하는 알고리즘을 제안함으로써 기존에 4개의 광트랜지스터를 이용하여 태양광 위치추적센서를 구현했던 방식을 3개의 광트랜지스터만으로도 태양의 위치추적을 할 수 있는 태양광 추적센서 및 태양광 추적제어기를 구현할 수 있었다. 이를 2자유도를 갖는 태양광추적 메커니즘에 적용하여 성능을 검증하였다.
이상에서와 같이 서로 다른 각각의 전기적 특성을 갖는 상용화된 광트랜지스터를 이용하여 광 추적 센서를 구현하였다. 먼저 기존 4개의 광트랜지스터를 이용한 방법에 광트랜지스터의 출력신호를 정규 화하여 각각의 광트랜지스터의 갖는 오차를 극복하였고, 이를 본 연구에서 제안한 3개의 광트랜지스터를 이용한 방법과 추적성능과 추적오차신호 값을 비교한 결과 기존의 4개의 광트랜지스터 방법으로 구현된 태양광 추적센서와 성능이 유사함을 확인하였다.
본 논문에서는 이를 해결하기위해서 다음과 같이 각각의 광트랜지스터에서 출력되는 전기신호의 크기를 정규화 (normalizing)하였다. 일정 크기의 일사량에서 4개의 광트랜지스터에서 출력되는 전기신호의 값들을 A₁, A₂, B₁, B₂라 하면 정규화 된 각각의 전기신호를 이용하여 태양광 추적오차를 나타내면 다음과 같다.
본 연구에서는 태양광 추적센서를 구현하는데 있어서 상용화된 일반 광트랜지스터를 이용하는 방법을 제시하였다. 즉 광트랜지스터에서 출력되는 정기신호가 각 각 상대적인 값이 다르기 때문에 정규화 함으로써 서로 각 각의 광트랜지스터에서 출력되는 상대오차를 해결하였고, 또한 기존의 광트랜지스터 4개를 이용하여 광 추적센서를 구현하는 대신에 광트랜지스터 3개만을 사용하여 태양광 추적센서 및 이를 활용하여 제어하는 방법을 제시하였다. 이를 검증하기위해서 2자유도를 갖는 태양광 트랙커를 제작하여 성능을 비교한 결과 추종성능이 유사함을 확인하였다.

대상 데이터

또한 2개의 motor를 독립적으로 구동할 수 있도록 설계 되었으며, 모터 드라이버로 ST사의 VNH3ASP30-E이 사용되었다.

성능/효과

이상에서와 같이 서로 다른 각각의 전기적 특성을 갖는 상용화된 광트랜지스터를 이용하여 광 추적 센서를 구현하였다. 먼저 기존 4개의 광트랜지스터를 이용한 방법에 광트랜지스터의 출력신호를 정규 화하여 각각의 광트랜지스터의 갖는 오차를 극복하였고, 이를 본 연구에서 제안한 3개의 광트랜지스터를 이용한 방법과 추적성능과 추적오차신호 값을 비교한 결과 기존의 4개의 광트랜지스터 방법으로 구현된 태양광 추적센서와 성능이 유사함을 확인하였다.
여기서 0∼10sec까지는 a1광트랜지스터에서 발생되는 전기신호는 0.4에서 0.98까지 상승하다가 10sec 이후에 1에 수렴함을 알 수 있고, a3광트랜지스터의 전기신호는 0.32에서 0.98까지 증가하다가 그 이후에 1에 수렴함을 알 수 있다.
즉 광트랜지스터에서 출력되는 정기신호가 각 각 상대적인 값이 다르기 때문에 정규화 함으로써 서로 각 각의 광트랜지스터에서 출력되는 상대오차를 해결하였고, 또한 기존의 광트랜지스터 4개를 이용하여 광 추적센서를 구현하는 대신에 광트랜지스터 3개만을 사용하여 태양광 추적센서 및 이를 활용하여 제어하는 방법을 제시하였다. 이를 검증하기위해서 2자유도를 갖는 태양광 트랙커를 제작하여 성능을 비교한 결과 추종성능이 유사함을 확인하였다.

후속연구

따라서 태양광 추적센서를 제작할 때 특수 제작된 광트랜지스터를 이용하는 대신에 상용화된 광트랜지스터를 활용함으로써 구입이 용이하고, 가격이 저렴해 질 수 있다. 또한 3개의 광트랜지스터만으로 구현 가능함으로 광 추적센서를 제작하는데 이 방법이 유용하게 사용될 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양광추적시스템에서 태양광추적 방식은 어떻게 나뉘는가?	그 중 태양광추적시스템의 추적성능은 태양광이 태양 전지표면에 조사되는 일사량에 직접적으로 영향을 줌으로써 동일한 태양 전지모듈일지라도 발전효율에 지대한 영향을 미친다. 태양광추적시스템에서 태양광추적 방식은 크게 프로그램방식과 센서방식 그리고 프로그램 방식과 센서방식을 병행한 혼합방식으로 나눌 수 있다.프로그램 방식은 지구와 태양간의 상호 물리적 작용에 따라 천문학에 정의된 운동법칙에 의해 지구의 특정위치에서 실시간으로 연산 또는 미리 연산된 태양의 위치데이터를 이용하여 태양의 위치를 추적한다[1][2].
	프로그램 방식의 장점은?	프로그램 방식은 지구와 태양간의 상호 물리적 작용에 따라 천문학에 정의된 운동법칙에 의해 지구의 특정위치에서 실시간으로 연산 또는 미리 연산된 태양의 위치데이터를 이용하여 태양의 위치를 추적한다[1][2].프로그램 방식은 정의 된 프로그램에 따라 움직이기 때문에 날씨에 상관없이 태양이 위치를 추적할 수 있는 장점을 갖는 반면, 추적 장치의 기계적 오차 유무와 무관하게 작동함으로써 경우에 따라서는 기계적 오차를 동반하는 단점을 가질 뿐 만 아니라 추적 장치의 설치 시에 설치위치와 방위각을 정확하게 정의해야 하는 매우 어려운 문제점을 가지고 있다.센서방식은 여러 개의 광센서를 추적 장치에 부착하여 각각의 광센서에 조사되는 광량을 비교하여 광량이 많은 방향으로 향하도록 태양을 추적한다.
	태양광추적 방식 중 프로그램 방식은 무엇인가?	태양광추적시스템에서 태양광추적 방식은 크게 프로그램방식과 센서방식 그리고 프로그램 방식과 센서방식을 병행한 혼합방식으로 나눌 수 있다.프로그램 방식은 지구와 태양간의 상호 물리적 작용에 따라 천문학에 정의된 운동법칙에 의해 지구의 특정위치에서 실시간으로 연산 또는 미리 연산된 태양의 위치데이터를 이용하여 태양의 위치를 추적한다[1][2].프로그램 방식은 정의 된 프로그램에 따라 움직이기 때문에 날씨에 상관없이 태양이 위치를 추적할 수 있는 장점을 갖는 반면, 추적 장치의 기계적 오차 유무와 무관하게 작동함으로써 경우에 따라서는 기계적 오차를 동반하는 단점을 가질 뿐 만 아니라 추적 장치의 설치 시에 설치위치와 방위각을 정확하게 정의해야 하는 매우 어려운 문제점을 가지고 있다.

참고문헌 (7)

Ki-Tae Park, Jung-Sik Choi, Dong-Hwa Chung, "A Novel PV tracking System Control Considering the power Loss with change of Insolation", Journal of Korean institute of Illuminating Engineers, Vol. 22, No.6, pp.89-99, 2008.

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Jung-sik Choi, Jae-Sub Ko, Dong-Hwa Chung, "Efficiency Analysis of PV Tracking System with PSA Algorithm", Journal of Korean institute of Illuminating Engineers, Vol.23, No.10, pp.36-44, October, 2009.

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V. Poulk, M. Libra, "New solar tracker," Solar Energy Materials & Solar Cells, vol 51, pp.113-120, 1998.

상세보기
V. Poulk, M. Libra, "A very simple solar tracker for space and terrestrial applications," Solar Energy Materials & SolarCells, vol60, pp.99-103, 2000.

상세보기
M. J. Clifford, D. Eastwood, "Design of a novel passive solar tracker," Solar Energy, vol.77, pp.269-280, 2004.

상세보기
Singthong Pattanasethanon, "The Solar Tracking System by Using Digital Solar Position Sensor," American J. of Engineering and Applied Sciences, vol.3, no.4, pp.678-682, 2010.
F.R. Rubio, M.G. Ortega, F. Gordillo, M. Lopez-Martinez, "Application of new control strategy for suntracking," Energy Conversion and Management, vol.48, pp.2174-2184, 2007.

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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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