[논문]박막 BIPV창의 온도변화와 발전성능 상관관계에 관한 실측연구

김빛나; 윤종호; 신우철

doi:10.7836/kses.2012.32.spc3.179

[국내논문] 박막 BIPV창의 온도변화와 발전성능 상관관계에 관한 실측연구
An Experimental Study on Relationship Between Temperature Change and Generation Performance of a-Si BIPV Window System 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.32 suppl.3, 2012년, pp.179 - 184

김빛나 (한밭대학교 대학원 건축공학과) , 윤종호 (한밭대학교 건축공학과) , 신우철 (대전대학교 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This research on building Integrated Photovoltaic System replacing windows and doors with amorphous silicon thin film PV windows and doors installing same exact mount on Mock-up. The windows and doors should be installed in different angle and bearing so that we can analyse the amount of electricity from them. The objective of the research is to evaluate and investigate the relationship between factors(intensity of solar radiation, PV window surface temperature, incidence angle, and sky conditions) that affects performance of PV window and performance. The range and method of this research is to establish monitoring system and analysis the data from the monitoring system to evaluate the performance of PV windows that have thin film of solar battery. We should evaluate the insolation according to the position of PV window, output, and surface temperature according to months and seasons so that we can figure out the relationship between these. And we should investigate the relationship between performance and efficiency according to incidence angle and sky condition so that we can figure out the correlation between factors and performance.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 건축창호를 대체할 수 있는 a-Si 박막 BIPV 창의 열적특성과 발전특성을 실측하여 데이터를 수집하고 PV창의 온도변화에 따른 발전성능 상관관계를 도출하는데 목적이 있다.
본 연구에서는 투광형 a-Si 박막 PV창의 온도특성에 따른 발전성능을 분석하기 위해 건물일체형 a-Si 박막 PV창을 적용한 Mock-up 모델을 통한 실측실험을 수행하였다. Mock-up 모델에 투광형 a-Si박막 PV모듈을 라미네이션(Lamination)한 PV단판모듈을 지붕에 파고라형태로 수평으로 설치하였고, 복층화하여 남측 수직면에 PV복층창으로 삼중화하여 서측 수직면에 PV삼중창으로 설치하였다.

제안 방법

본 연구에서는 투광형 a-Si 박막 PV창의 온도특성에 따른 발전성능을 분석하기 위해 건물일체형 a-Si 박막 PV창을 적용한 Mock-up 모델을 통한 실측실험을 수행하였다. Mock-up 모델에 투광형 a-Si박막 PV모듈을 라미네이션(Lamination)한 PV단판모듈을 지붕에 파고라형태로 수평으로 설치하였고, 복층화하여 남측 수직면에 PV복층창으로 삼중화하여 서측 수직면에 PV삼중창으로 설치하였다. 그리고 모니터링을 실시하여 각 모듈의 일사량, 모듈온도, 발전량 등을 측정하고 실측 데이터를 통해 PV창의 표면온도변화에 따른 발전 성능 상관관계를 분석하였다.
1과 같은 과정을 거쳐 PV모듈을 제작하였다. PV모듈 제작은 원자재(ASIThin-film Cell)에 EVA 필름과 투명유리 5mm를 접합하여 10mm두께의 단판 접합 PV모듈(5mm TCO Glass + AmorphousThin-Film +5mm FloatGlass)을 제작하였다.
PV창의 발전성능 및 온도성능을 실측하기 위한 Mock-Up을 설계 제작하였다. Table.
Mock-up 모델에 투광형 a-Si박막 PV모듈을 라미네이션(Lamination)한 PV단판모듈을 지붕에 파고라형태로 수평으로 설치하였고, 복층화하여 남측 수직면에 PV복층창으로 삼중화하여 서측 수직면에 PV삼중창으로 설치하였다. 그리고 모니터링을 실시하여 각 모듈의 일사량, 모듈온도, 발전량 등을 측정하고 실측 데이터를 통해 PV창의 표면온도변화에 따른 발전 성능 상관관계를 분석하였다.
단판 접합 PV모듈의 광학성능을 시험하기 위해 200∼2400nm 파장대의 투과율, 흡수율, 반사율을 측정하였으며, PV모듈의 광학특성 시험결과는 Table.2에 나타난 바와 같다.
본 연구는 건축창호를 대체할 수 있는 비정질 실리콘 박막 PV창을 Mock-up 모델에 설치하고 설치위치별 일사량, 온도, 발전성능의 모니터링을 수행하였다. 모니터링을 통해 얻어진 데이터를 통계 분석하여 설치위치별 데이터를 정량적으로 수립하고, 박막 PV창의 표면 온도상승에 따른 발전성능특성에 대한 분석을 수행하였으며 분석 결과는 다음과 같다.
본 연구는 건축창호를 대체할 수 있는 비정질 실리콘 박막 PV창을 Mock-up 모델에 설치하고 설치위치별 일사량, 온도, 발전성능의 모니터링을 수행하였다. 모니터링을 통해 얻어진 데이터를 통계 분석하여 설치위치별 데이터를 정량적으로 수립하고, 박막 PV창의 표면 온도상승에 따른 발전성능특성에 대한 분석을 수행하였으며 분석 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 측정기간(2010년 11월∼2011년 9월)동안 인버터 입력단에서 측정된 직류(DC)발전량을 기준으로 설치위치별 발전량을 통계 처리하여 월별 PV발전량을 분석하였다.
본 장에서는 Mock-up모델의 시공 후 모니터링 시스템의 보정과정을 거쳐 도출된 실측데이터를 2010년 11월부터 2011년 10월까지 연간 수평면, 남측 경사면, 남측 수직면, 서측 수직면의 일사량과 PV발전량 및 온도 측정결과에 대한 통계처리 분석을 수행하였다. 오류 데이터를 제외하고 최종 선별된 데이터는 1분 간격 측정 자료로 분석방법은 일별로 계측된 데이터를 월별로 1차 그룹화하고, 2차로 분별데이터를 그룹화하고, 3차로 분별데이터를 시간별 평균하여 그룹화한 후 산술평균 및 표준편차, 최대 및 최소값에 대한 통계 처리하여 그래프의 형태로 분석을 수행하였다.
시험결과를 토대로 Mock-up에 시공될 PV 복층창 및 PV삼중로이창에 대한 광학적 특성 및 열적 특성을 분석하였다. 창호성능 해석도구로서 LBNL(Lawrence Berkeley National Laboratory)에서 개발하여 세계적으로 널리 보급된 WINDOW 5및 THERM 5를 사용하였다.
투광형 박막 PV모듈을 창호화하여 Test Mock-up에 적용하기 위해 Fig. 1과 같은 과정을 거쳐 PV모듈을 제작하였다. PV모듈 제작은 원자재(ASIThin-film Cell)에 EVA 필름과 투명유리 5mm를 접합하여 10mm두께의 단판 접합 PV모듈(5mm TCO Glass + AmorphousThin-Film +5mm FloatGlass)을 제작하였다.

대상 데이터

PV창의 표면온도 상승이 발전성능에 미치는 영향을 분석하기 위해 표면온도 외에 확산 일사와 박막PV모듈 전면의 유리특성에 따른 입사각에 의한 투과율 변화의 영향을 배제하기 위해 청천공인 날과 발전시간동안 PV창의 입사각이 작은 날을 선정하였다.

데이터처리

본 장에서는 Mock-up모델의 시공 후 모니터링 시스템의 보정과정을 거쳐 도출된 실측데이터를 2010년 11월부터 2011년 10월까지 연간 수평면, 남측 경사면, 남측 수직면, 서측 수직면의 일사량과 PV발전량 및 온도 측정결과에 대한 통계처리 분석을 수행하였다. 오류 데이터를 제외하고 최종 선별된 데이터는 1분 간격 측정 자료로 분석방법은 일별로 계측된 데이터를 월별로 1차 그룹화하고, 2차로 분별데이터를 그룹화하고, 3차로 분별데이터를 시간별 평균하여 그룹화한 후 산술평균 및 표준편차, 최대 및 최소값에 대한 통계 처리하여 그래프의 형태로 분석을 수행하였다.

이론/모형

시험결과를 토대로 Mock-up에 시공될 PV 복층창 및 PV삼중로이창에 대한 광학적 특성 및 열적 특성을 분석하였다. 창호성능 해석도구로서 LBNL(Lawrence Berkeley National Laboratory)에서 개발하여 세계적으로 널리 보급된 WINDOW 5및 THERM 5를 사용하였다. PV복층 및 PV삼중로이창의 광학성능 및 열적특성은 Fig.

성능/효과

74A로 측정되었다. STC 조건에서 일사량대비 발전성능을 나타내는 지표인 효율은 약 7%인 것으로 나타났다.
온도가 상승할수록 발전성능 저하가 나타나는 것은 온도상승에 따른 전압이 감소하기 때문인 것으로 나타났고 그에 따라 최대출력은 표면온도가 1℃ 상승함에 따라 약 0.3%가 감소하는 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존의 창호를 대체하여 투광형 a-Si박막 태양전지를 사용하려면 무엇을 고려하여야 하는가?	특히 빛을 투과시킬 수 있는 투광형 a-Si박막 태양전지는 유리의 기능을 대신할 수 있기 때문에 기존의 건물에서 창호를 대체할 뿐만 아니라 전기를 생산함으로써 미래 PV산업의 잠재성이 큰 분야라고 할 수 있다. 투광형 a-Si박막 태양전지가 기존의 창호와 같은 기능을 하기 위해서는 채광, 단열, 차음, 구조 성능 등의 사항이 검토 되어야한다. 특히 건물에 기존의 창을 대신하여 PV창을 설치하였을 경우 기존의 창과 비교하여 채광측면에서의 역할 뿐만 아니라 전기를 생산한다는 측면이 있기 때문에 전기를 생산함으로써 발생되는 열을 고려하여야 한다.
	비정질 실리콘 박막 PV창이 온도가 상승할수록 발전성능의 저하가 나타난 이유는?	온도가 상승할수록 발전성능 저하가 나타나는 것은 온도상승에 따른 전압이 감소하기 때문인 것으로 나타났고 그에 따라 최대출력은 표면온도가 1℃ 상승함에 따라 약 0.3%가 감소하는 것으로 나타났다.
	PV모듈은 자체온도가 1도 상승함에 따라 변환효율은 어떻게 되는가?	PV모듈의 온도와 발전성능의 관계에 대한 선행연구에 따르면 PV모듈은 온도에 따라 발전성능에 영향을 미치는데 태양전지모듈의 자체온도가 1℃ 상승함에 따라 변환효율은 0.5% 정도 감소1)하므로 일사량과 온도가 상승함에 따라 BIPV 시스템의 성능에 영향을 준다. 국내에서는 주택용 3kW 지붕일체형 태양광발전 시스템의 온도와 발전성능에 관한 실험적 연구2), 지붕일체형 PV모듈의 온도에 따른 발전성능 분석3), PV모듈 온도를 고려한 BIPV시스템의 성능 평가4) 등의 결정계 태양전지를 대상으로 한 연구는 많이 있지만 박막 태양전지를 창호화하여 건물 적용에 따른 PV창의 온도와 발전성능에 대한 연구는 부족한 실정이다.

참고문헌 (6)

Randall Thomas, Photovoltaics and Architecture, Spon Press, pp.14, 2001
윤종호, 주택용 3kW 지붕일체형 태양광발전 시스템의 온도와 발전성능에 관한 실험적 연구, 한국태양에너지학회 춘계학술발표대회 논문집, pp.276∼281, 2006
김진희, PV모듈 온도를 고려한 BIPV시스템의 성능 평가, 한국태양에너지학회 춘계학술발표회 논문집, pp.53∼58, 2004
김현일,지붕일체형 PV모듈의 온도에 따른 발전성능 분석, 한국건축친환경설비학회 추계학술발표대회 논문집, pp.173-177 2007
신혜영, 태양전지 온도에 따른 효율, 한국조명.전기설비학회 춘계학술대회 논문집, pp.356∼361, 2009
임경업, 건물일체형 신재생에너지 시스템의 평가를 위한 Mock-up 시설 계획설계에 관한 연구, 한국태양에너지학회 추계학술 발표대회 논문집, pp.102∼107, 2010

저자의 다른 논문 :

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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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