[논문]블라인드 PV 제어에 따른 실내 빛환경 및 발전량 측정

김소현; 손아롬; 김인태; 최안섭

doi:10.5207/jieie.2013.27.2.014

[국내논문] 블라인드 PV 제어에 따른 실내 빛환경 및 발전량 측정
A Measurement of Luminous Environment and Power Generation according to Control Methods of Blind PV 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.27 no.2, 2013년, pp.14 - 21

김소현 (세종대학교 건축공학과) , 손아롬 (세종대학교 건축공학과) , 김인태 (세종대학교 건축공학과) , 최안섭 (세종대학교 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Today, energy problem has become an important issue, and a development of renewable energy is urgent. In architectural fields, a research of the energy efficient lighting system using renewable energy is in progress. The energy efficient lighting system could be realized by integrating a daylight responsive LED lighting control system and a blind PV system. This system is able to save and generate electric energy. Efficiency of this system depends on control methods of blind PV. As a preliminary research, this research analyzed power generation and inflow of available daylight according to control method of blind PV.

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AI 본문요약
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문제 정의

블라인드 PV 연동 LED 조광제어시스템은 블라인드 PV의 제어방법에 따라 발전량을 최대화시키고 LED 조명시스템을 이용하여 주광 유입량에 따른 실내 조명에너지를 절감시키는 시스템으로 연구의 최종 목표는 개별적인 두 시스템을 통합해 최적화된 블라인드 제어 알고리즘을 개발하는 것이다. 따라서 본 연구는 블라인드 PV 연동 LED 조명시스템의 통합 제어 솔루션을 개발하기 위한 기초연구이며 블라인드 PV 시스템은 제어방법에 따라 효율차가 발생한다.
블라인드 PV 연동 LED 조광제어시스템은 블라인드 PV의 제어방법에 따라 발전량을 최대화시키고 LED 조명시스템을 이용하여 주광 유입량에 따른 실내 조명에너지를 절감시키는 시스템으로 연구의 최종 목표는 개별적인 두 시스템을 통합해 최적화된 블라인드 제어 알고리즘을 개발하는 것이다. 따라서 본 연구는 블라인드 PV 연동 LED 조명시스템의 통합 제어 솔루션을 개발하기 위한 기초연구이며 블라인드 PV 시스템은 제어방법에 따라 효율차가 발생한다. 선행연구에서는 블라인드 슬랫각도에 따른 실내 빛환경 및 냉난방부하를 예측하였으며[9-10] PV 적용 차양시스템을 이용한 주광특성과 태양광 발전에 따른 경제성을 시뮬레이션을 통해 분석하였다[11-13].
그러나 현재 블라인드 PV시스템을 다른 시스템과 연동시키기 위한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 블라인드 PV 제어방법에 따른 실내 빛환경 및 발전량을 분석함으로써 통합 제어 시스템을 구현하기 위한 기초 자료로 사용되고자 한다.
Room A는 Reference 값으로 슬랫각도를 0°로 제어하고 Room B 의 경우 45°와 90°로 제어하여 오전 6시부터 오후 6시까지 5분 간격으로 발전량을 측정하였다. 실험 3은 블라인드 PV의 슬랫각도와 높이를 동시에 조절했을 경우 측정되는 발전량과 실내 주광 유입량을 비교해보기 위한 실험이다. Room A는 Reference 값으로 블라인드 PV의 높이를 H, 슬랫각도를 0°로 하고 Room B 는 높이를 모두 H/2로 한 상태에서 슬랫각도를 0°와 45°, 90°로 제어하여 오전 6시부터 오후 6시까지 5분 간격으로 발전량과 실내 주광 유입량을 측정하였다.
본 연구는 블라인드 PV 연동 LED 조명시스템의 통합 제어 솔루션을 개발하기 위한 기초연구로 블라인드 PV의 슬랫각도 제어에 따른 PV 발전량과 블라인드 PV의 각도 및 높이 제어에 따른 PV 발전량 및 주광유입량을 측정하였다. 본 연구는 크게 3차례로 나누어 진행되었으며 아래 표 7은 실험 2와 실험 3의 측정 결과를 정리하여 나타낸 것으로 다음과 같이 결론지을 수 있다.

제안 방법

본 연구에서는 블라인드 PV의 제어방법을 다르게 하여 실내로 유입되는 주광량 및 PV 모듈의 발전량을 측정하고 블라인드 PV를 제어하지 않은 Reference의 측정값과 비교하였다. 실험공간은 남서쪽에 창이 두개인 좌우 대칭구조의 임의의 공간으로 중앙에 암막천을 설치하여 Room A와 Room B로 나누었다(표 1).
본 실험을 위해 각 Room의 창가에 설치된 베네시안 블라인드의 슬랫에 Flexible type의 PV 모듈을 부착하여 블라인드 PV를 제작하였다. 슬랫 한 개당 6개의 PV 모듈을 부착시켜 블라인드 한 개당 22개의 슬랫에 총 132개의 PV 모듈을 부착하였으며 각각의 모듈은 병렬 연결하였다. 따라서 각 Room의 창가에는 132개의 모듈이 부착된 블라인드 PV가 설치되었다.
실험은 양쪽의 발전량이 동일하게 측정되는지를 알아보기 위한 실험(실험 1)과 블라인드 슬랫각도만을 제어할 경우 발전량 측정 실험(실험 2), 블라인드 슬랫각도와 높이를 동시에 제어할 경우의 실내 주광유입량 및 발전량 측정 실험(실험 3)으로 총 3차례로 나누어 진행하였다(표 3). 본 연구에서 사용된 블라인드 PV 시스템은 독립형으로 PV 모듈을 통해 생산되는 발전량을 측정하였으며 실내 주광유입량은 조도센서를 이용하여 측정하였다.
실험은 양쪽의 발전량이 동일하게 측정되는지를 알아보기 위한 실험(실험 1)과 블라인드 슬랫각도만을 제어할 경우 발전량 측정 실험(실험 2), 블라인드 슬랫각도와 높이를 동시에 제어할 경우의 실내 주광유입량 및 발전량 측정 실험(실험 3)으로 총 3차례로 나누어 진행하였다(표 3). 본 연구에서 사용된 블라인드 PV 시스템은 독립형으로 PV 모듈을 통해 생산되는 발전량을 측정하였으며 실내 주광유입량은 조도센서를 이용하여 측정하였다. 블라인드의 각도는 다음과 같이 제어된다(그림 2)
실험 1은 Room A와 Room B의 블라인드를 모두 내려 높이를 H로 하고, 슬랫각도를 0°로 하여 오전 6시부터 오후 6시까지 5분 간격으로 두 공간의 발전량을로 측정하였다.
실험 2는 블라인드의 높이를 H로 제어한 상태에서 Room B의 블라인드 PV 슬랫각도를 45° 와 90°로 제어하여 발전량을 측정한 실험이다.
실험 1은 두 공간의 블라인드 PV를 통해 생산되는 발전량이 동일한지의 여부를 판단하기 위한 실험으로 Room A와 Room B의 블라인드 높이를 H로 하고 슬랫각도롤 0°로 동일하게 하여 발전량을 측정하였다.
Room A는 Reference 값으로 블라인드 PV의 높이를 H, 슬랫각도를 0°로 하고 Room B 는 높이를 모두 H/2로 한 상태에서 슬랫각도를 0°와 45°, 90°로 제어하여 오전 6시부터 오후 6시까지 5분 간격으로 발전량과 실내 주광 유입량을 측정하였다.
Room A는 Reference 값으로 슬랫각도를 0°로 제어하고 Room B 의 경우 45°와 90°로 제어하여 오전 6시부터 오후 6시까지 5분 간격으로 발전량을 측정하였다.
블라인드 PV 시스템은 PV 모듈의 종류와 사양, 부착 방법과 위치 등에 따라 시스템의 효율이 달라질 수 있다. 따라서 실험 2와 실험 3을 진행하기에 앞서 두 공간의 블라인드 PV 발전량이 동일하게 측정되는지 알아보기 위해 2일 동안 실험 1을 수행하였다.
실험 1은 Room A와 Room B의 블라인드를 모두 내려 높이를 H로 하고, 슬랫각도를 0°로 하여 오전 6시부터 오후 6시까지 5분 간격으로 두 공간의 발전량을로 측정하였다. 실험 2는 블라인드 PV의 슬랫각도 조절에 따라 측정되는 발전량을 비교해보기 위한 실험으로 두 공간의 블라인드 PV 높이를 모두 H로 동일하게 하고 슬랫각도만을 변화시켰다. Room A는 Reference 값으로 슬랫각도를 0°로 제어하고 Room B 의 경우 45°와 90°로 제어하여 오전 6시부터 오후 6시까지 5분 간격으로 발전량을 측정하였다.
본 연구에서 측정한 발전량은 각각 500Ω을 통해 측정된 상대적 누적발전량이기 때문에 절대비교는 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 상대적인 비교를 통해 실험결과를 분석하였다.
본 절에서는 블라인드 슬랫각도 제어에 따른 블라인드 PV의 발전량을 측정하여 Reference 상태의 발전량과 비교하였다. 실험 2는 블라인드의 높이를 H로 제어한 상태에서 Room B의 블라인드 PV 슬랫각도를 45° 와 90°로 제어하여 발전량을 측정한 실험이다.
실험 3은 실험 2와는 달리 높이를 H/2로 제어한 상태에서 Room B의 블라인드 PV 슬랫각도를 0°, 45°, 90°로 제어하여 각각의 발전량과 실내 조도값을 측정한 실험이다.
본 절에서는 블라인드 슬랫각도와 높이 제어를 동시에 한 경우 블라인드 PV의 발전량과 실내 주광 유입량에 따른 작업면 조도값을 측정하여 Reference 상태의 측정값과 비교하였다. 측정 시간은 오전 6시부터 오후 6시까지 5분 간격으로 하였으며, 측정된 누적발전량은 일출과 일몰 시간이 늦어짐에 따라 측정값이 0에 가까운 시간을 제외하여 오전 8시부터 오후 5시까지의 데이터를 분석하였다.
본 절에서는 블라인드 슬랫각도와 높이 제어를 동시에 한 경우 블라인드 PV의 발전량과 실내 주광 유입량에 따른 작업면 조도값을 측정하여 Reference 상태의 측정값과 비교하였다. 측정 시간은 오전 6시부터 오후 6시까지 5분 간격으로 하였으며, 측정된 누적발전량은 일출과 일몰 시간이 늦어짐에 따라 측정값이 0에 가까운 시간을 제외하여 오전 8시부터 오후 5시까지의 데이터를 분석하였다.
표 6에서는 높이 H/2, 슬랫각도 45°의 Room B와 Room A(Reference : 슬랫각도 0°, 높이 H)의 측정점 별 조도비율을 비교하였다.
이때 P1은 창과 가장 가까운 쪽에 위치한 센서이며 P1에서 P4로 갈수록 창과 멀어져 주광의 유입량이 작아진다. 측정 시간은 발전량과 마찬가지로 오전 6시부터 오후 6시까지 5분 간격으로 하였으며, 데이터 분석은 일출과 일몰 시간이 늦어짐에 따라 오전 8시부터 오후 5시까지로 하였다. 측정된 조도값은 Room B의 값을 Room A(Reference)의 값으로 나누어 조도비율로 나타내었다.

대상 데이터

본 연구에서는 블라인드 PV의 제어방법을 다르게 하여 실내로 유입되는 주광량 및 PV 모듈의 발전량을 측정하고 블라인드 PV를 제어하지 않은 Reference의 측정값과 비교하였다. 실험공간은 남서쪽에 창이 두개인 좌우 대칭구조의 임의의 공간으로 중앙에 암막천을 설치하여 Room A와 Room B로 나누었다(표 1).
본 실험을 위해 각 Room의 창가에 설치된 베네시안 블라인드의 슬랫에 Flexible type의 PV 모듈을 부착하여 블라인드 PV를 제작하였다. 슬랫 한 개당 6개의 PV 모듈을 부착시켜 블라인드 한 개당 22개의 슬랫에 총 132개의 PV 모듈을 부착하였으며 각각의 모듈은 병렬 연결하였다.

데이터처리

측정된 Room B의 발전량에 보정계수 0.96을 곱하여 보정 후 Reference 상태(슬랫각도 0°)의 발전량과 비교하였다.

성능/효과

즉 블라인드 PV 시스템은 차양장치의 역할로서 과도한 직사일광을 막아줄 뿐만 아니라 블라인드의 슬랫각도 조절을 통해 PV 모듈로부터 에너지 생산까지도 가능한 친환경적인 통합시스템이다. 따라서 이 시스템을 건물에 적용시킬 경우 기존 BIPV 시스템의 단점을 보완할 수 있으며 블라인드 PV 시스템을 통한 효과적인 에너지 절약이 가능하다.
아래 그림 3은 2일 동안 실험한 Room A와 Room B 의 상대적 누적발전량 데이터를 오전 6시부터 오후 6시까지 비교한 그래프이다. 2012년 9월 1일 데이터를 분석한 결과 Room A의 상대적 누적발전량이 Room B에 비해 약 4.3% 정도 낮게 나타났으며 2012년 9월 2일 역시 Room A의 발전량이 Room B보다 약 4.1%정도 낮게 나타났다. 따라서 두 공간의 발전량을 동일하게 하기 위한 보정계수 0.
블라인드 PV 제어각도에 따른 상대적 누적 발전량을 비교해보면 슬랫각도를 45°로 제어한 경우는 90° 보다 평균 운량이 적음에도 불구하고 Reference값과 비교했을 때 미미한 발전량을 보였다.
따라서 높이를 H/2로 한 상태에서 슬랫각도를 45° 로 제어하면 발전량이 약 5.6% 감소하는 것으로 나타났다.
표 5는 Room B의 블라인드의 높이를 H/2, 슬랫각도를 90°로 하여 Room A(Reference : 슬랫각도 0°, 높이 H)와의 조도비율을 비교한 것이다. 계산 결과 Room B는 Room A의 평균 조도값의 0.49배로 약 51.0%의 큰 조도 감소율을 보였다.
(1) 발전량을 비교해보면 블라인드 높이를 H로 하고 각도를 45°와 90°로 제어할 경우 45° 제어는 Reference(H, 0°)와 비교하여 약 6.6%의 미미한 발전량 증가를 보였지만 90° 제어 시에는 약 26.6%로 큰 발전량 증가를 보였다.
(2) 조도의 경우 블라인드의 높이를 H/2로 하고 슬랫각도를 0°로 제어할 경우, 창의 하부는 직사일광이 실내부로 유입되므로 주광 유입량이 Reference(H, 0°) 에 비해 많은 것을 알 수 있다.
그러나 높이를 H/2로 하고 각도를 각각 45°로 제어할 경우는 Reference(H, 0°)와 비교하여 약 5.6%의 발전량 감소를 보였고 90° 제어 시에는 발전량이 0.1% 정도 증가하였다.

후속연구

본 연구에서는 블라인드 PV의 각도를 0°, 45°, 90°로 제어하고 높이를 H, H/2로 제어하였으나 제어방법의 다양성이 부족하고 슬랫각도 조절의 정밀도가 떨어진다는 점에 한계가 있다.
따라서 발전량 측면에서만 본다면 90° 제어가 더 효율적일 것으로 판단되나 실내 빛환경을 고려한다면 45°와 90° 제어 시의 절대적인 발전량 생산량과 절대적인 실내 조명에너지 절감량을 고려해 보아야 할 것이다.
또한 본 실험 결과는 다양한 천공상태를 반영한 결과가 아니므로 에너지 효율적인 제어방법을 도출해내기엔 많은 어려움이 있다. 추후 연구에서는 좀 더 세부적인 제어방법의 Case를 두고 천공상태에 따른 발전량과 주광 유입량을 분석하는 연구가 진행되어야 한다. 따라서 블라인드 PV 시스템에 의한 에너지 생산량과 LED 조광제어시스템을 통한 에너지 절감량을 비교 분석해야 할 것이다.
추후 연구에서는 좀 더 세부적인 제어방법의 Case를 두고 천공상태에 따른 발전량과 주광 유입량을 분석하는 연구가 진행되어야 한다. 따라서 블라인드 PV 시스템에 의한 에너지 생산량과 LED 조광제어시스템을 통한 에너지 절감량을 비교 분석해야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	블라인드 PV 연동 LED 조광제어시스템은 어떻게 구성되는가?	블라인드 PV 연동 LED 조광제어시스템은 PV 모듈을 실내 차양장치인 블라인드에 접목시킨 자동 블라인드 PV 시스템과 LED 조광제어시스템을 활용한 시스템으로 구성된다. 자동 블라인드 PV 시스템은 태양 에너지를 이용하여 에너지를 생산하고 광센서 조광제어시스템과 LED 조명시스템은 주광의 활용과 낮은 소비전력을 통하여 조명에너지를 효과적으로 절감시킨다.
	블라인드 PV 연동 LED 조광제어시스템이란?	블라인드 PV 연동 LED 조광제어시스템은 블라인드 PV의 제어방법에 따라 발전량을 최대화시키고 LED 조명시스템을 이용하여 주광 유입량에 따른 실내 조명에너지를 절감시키는 시스템으로 연구의 최종 목표는 개별적인 두 시스템을 통합해 최적화된 블라인드 제어 알고리즘을 개발하는 것이다. 따라서 본 연구는 블라인드 PV 연동 LED 조명시스템의 통합 제어 솔루션을 개발하기 위한 기초연구이며 블라인드 PV 시스템은 제어방법에 따라 효율차가 발생한다.
	광센서 조광제어시스템은 어떻게 인공조명 에너지를 절감할 수 있는가?	광센서 조광제어시스템은 실내로 유입되는 주광의 양을 광센서로 감지하여 조명용 에너지를 절감하는 시스템이다. 실내에 주광이 유입되면 광센서가 감지하여 자동으로 인공조명의 밝기를 조절하고 실내 조도를 일정하게 유지시켜줌으로써 인공조명 에너지를 절감할 수 있다[14].

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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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