[논문]포물면 집광거울 방식의 태양광 집광채광시스템 개발

성태경; 이충식; 김종민; 정채봉; 김병철

doi:10.6110/kjacr.2013.25.5.240

포물면 집광거울 방식의 태양광 집광채광시스템 개발
Development of Solar Daylighting System Using Parabolic Mirrors 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.25 no.5, 2013년, pp.240 - 245

성태경 ((주)에이비엠그린텍) , 이충식 ((주)에이비엠그린텍) , 김종민 ((주)에이비엠그린텍) , 정채봉 (한국생산기술연구원) , 김병철 ((주)에이비엠그린텍)

Abstract ▼ AI-Helper

We developed a parabolic reflector based daylighting system which can be used as an alternative indoor daytime lighting device such as for fluorescent lamps. The system comprises three main components : a daylight concentrator made of 4 pairs of parabolic reflectors and mirrors, a silica optical fiber bundle based light transmitter, and 4 light diffusers for the final indoor delivery of the collected daylight. We analyzed the performance of the system and revealed the system efficiency and daylighting factor. All test methods follow the rule, NR PV601 : 2007-daylighting system, governed by Korea Energy Management Corporation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 포물면 반사거울 방식을 적용한 추적방식의 집광채광시스템을 소개하고, 시스템효율 및 실내평균조도(주광률)를 측정하였다. 측정결과 개발 시스템의 시스템효율은 평균 22.
본 연구에서는 추적식 집광거울-광섬유형 방식에 있어 집광부에 다수의 파라볼릭 반사거울을 조합한 집광 채광시스템을 개발하고, 시스템효율, 평균실내조도 시험 등의 환경시험과 전도방출시험 등의 전자파적합성 시험을 자체 및 전문시험인증기관의 시험인증을 통해 시스템의 신뢰도를 검증하고, 향후 상용화 모델 개발에 활용하고자 한다.

제안 방법

이상과 같이 구동부는 2축 판 운동방식으로 제작했으며 집광부는 포물면 반사거울 4개를 조합하여 집광열이 분산될 수 있는 구조로 제작하였다. 1차, 2차 반사경의 보호를 위해 외부 커버를 제작, 적용하고 직접광을 수집하는 부분의 전면에는 PMMA(투과율 90% 이상)를 사용하여 투명도를 높였다. Fig.
구동기구부는 고도각, 방위각 추적이 가능한 2축 구동방식을 적용하여 각각 0～80°, 60～300°까지의 구동 범위를 갖도록 하였다.
Table 5에는 시간대별 실내 평균조도를 나타내었다. 데이터는 30분 간격으로 실측했으며, 외부조도는 71,200～133,400 ㏓로 측정되었고 08：30～17：00까지의 외부 평균조도는 107,050 ㏓, 실내평균조도는 257 ㏓가 얻어졌다.
본 연구에서는 포물면 반사거울 방식을 적용한 집광부, 추적/구동제어부를 개발하고, SOF 광케이블과 다운 라이트형 산광장치를 통합하여 시스템을 구성하였다.
반사경은 형상을 기준으로 오목반사경과 볼록반사경으로 나누며 곡률의 수에 따라 구면 반사경과 비구면 반사경으로 분류된다. 비구면 반사경은 평면과 구면 이외의 반사경을 총칭하는데 본 논문에서는 비구면 반사경 중 포물면 반사경을 선택하였다.
산광장치는 Fig. 8과 같이 집광부에서 광섬유를 통해 전송된 태양광을 실내에 유입, 확산시키는 일종의 조명장치로서, 실내 디자인 환경과 그 사용 목적에 따라 다양한 형태로 제작이 가능하며, 본 논문에서는 천정에 부착시킬 수 있는 사각 매립형 산광장치를 제작하여 시스템통합 및 평가에 활용하였다.
산광장치의 기본구조는 케이스와 커넥터 고정판, 내부의 빛 손실을 줄이기 위해 반사율 95% 이상의 반사판을 적용하였으며, 산광부 케이스의 매립 후 확산시트와 마감커버를 쉽게 탈 부착할 수 있는 구조로 제작하였으며, Fig. 9와 같다.
성능평가를 위해 암실에 개발시스템을 설치하고, 청명일 하루 동안 1분 간격으로 데이터를 수집하여 ｢NR PV 601：2007, 신재생에너지 설비 심사세부기준-태양광집광채광기｣에 준하여 시스템효율과 실내 평균조도 측정을 통해 성능평가를 수행하였다.⁽⁸⁾
이상과 같이 구동부는 2축 판 운동방식으로 제작했으며 집광부는 포물면 반사거울 4개를 조합하여 집광열이 분산될 수 있는 구조로 제작하였다. 1차, 2차 반사경의 보호를 위해 외부 커버를 제작, 적용하고 직접광을 수집하는 부분의 전면에는 PMMA(투과율 90% 이상)를 사용하여 투명도를 높였다.
일반적인 개별 운동방식은 구조적 특성상 추적범위가 120°정도로 태양일주 범위를 충족하지 못하므로 본 연구에서는 판 운동 방식을 적용하여 개발하였다.
주광률 평가는 외부조도(lx) 대비 실내 작업면 높이에서의 조도 분포의 비로 측정하며 조도 측정 위치는 Fig. 12와 같이 바닥면 80±5 ㎝ 높이에 16개의 조도센서를 균등배치하여 측정하며, Fig. 13과 같이 측정한다.

대상 데이터

그에 따라 포물면 1차 반사경은 다수의 반사경을 적용하였을 때 손실공간과 전체적인 조립 크기를 줄이기 위해 Fig. 5와 같이 ∅320의 둥근모서리를 갖는 사각형상으로 제작하였다.
Table 4에는 시간대별 입사광속, 출사광속 및 시스템효율을 나타내었다. 데이터는 오전 08：30분부터 17：30까지의 외부 수평면 조도를 30분 간격으로 실측한 데이터로 83,400～126,600 ㏓로 측정되었으며, 평균 112,316 ㏓로 측정되었다.

성능/효과

1차, 2차 반사경의 직경과 그에 따른 최적 초점거리를 광학시뮬레이션을 통해 산출하고, 실 제작 후 3차원 형상측정기로 반사경의 형상 정밀도를 측정하였고 최대 오차범위가 0.034 ㎜로 정밀도가 높음을 확인하였다. 그에 따라 포물면 1차 반사경은 다수의 반사경을 적용하였을 때 손실공간과 전체적인 조립 크기를 줄이기 위해 Fig.
본 논문에서는 포물면 반사거울 방식을 적용한 추적방식의 집광채광시스템을 소개하고, 시스템효율 및 실내평균조도(주광률)를 측정하였다. 측정결과 개발 시스템의 시스템효율은 평균 22.41%, 실내평균조도는 257 lx로 측정되었으며 이는 참고문헌⁽⁸⁾의 기준을 만족하고 있음을 확인하였다.

후속연구

차후 연구과제로는 집광부 전면의 실린더 적용에 따른 방수, 분진차단 구조보완, 모터 및 감속기의 backlash 저감에 따른 정밀도 확보, 광축정렬방식의 개선을 통해 집광효율이 향상된 집광채광시스템을 개발하고 개발 시스템의 전체 비용대비 성능 향상 정도를 포함한 사용자의 needs, 제작단가 절감 방안 등을 종합적으로 고려하여 경제성 확보를 통하여 시장진입 가능성을 높이고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	집광채광방식은 일반적으로 어떤 부분으로 구성되는가?	건축분야에 적용되는 집광채광방식으로는 반사거울 방식, 광덕트(튜브)방식, 렌즈-광섬유 방식, 반사거울-광섬유 방식(5) 등이 있으며, Fig. 1과 같이 일반적으로 집광부, 광전송부 및 산광부의 3부분으로 구성된다.
	건축분야에 적용되는 집광채광방식으로 어떤 것이 있는가?	건축분야에 적용되는 집광채광방식으로는 반사거울 방식, 광덕트(튜브)방식, 렌즈-광섬유 방식, 반사거울-광섬유 방식(5) 등이 있으며, Fig. 1과 같이 일반적으로 집광부, 광전송부 및 산광부의 3부분으로 구성된다.
	구면 반사경은 어떤 수차가 발생하는가?	3에 보이는 것과 같이 중심점을 기준으로 동일한 거리상에 있는 반사경을 말한다. 이것은 반사경 특성상 색수차는 발생하지 않으나 반사경면에 의한 구면수차가 발생한다.

참고문헌 (8)

Park, H. K., 2010, Optical fiber type sunlighting technology, ceramist, pp. 44-62.
Sung, T. K., Lee, C. S., Lee, E. Y., Park, Y. M., Joung, C. B., and Kim, B. C., 2012, Performance Evaluation of An Azimuth Tracking Prismatic Daylighting System, Journal of the Korea Solar Energy Society, Vol. 32, No. 3, pp. 129-137.

원문보기 상세보기
Lee, S. C., Jeon, H., Park, H. K., and Kim, K. H., 2010, Information business for optical fiber type sunlighting and technology, the Ministry of Education, Science and Technology.
Kim, Y. S. and Kwon, K. W., 2009, Skin load reduction technology of building, Korea Green Building Council, pp. 38-41.
Yoon, Y. J., 2009, Architecture and Daylighting System, Journal of the Korea Solar Energy Society, Vol. 8, No. 1, pp. 3-10.
Kim, S. H. and Kim, B. C., 2008, Solar Daylighting System, Journal of th Korean Society for Precision Engineering, Vol. 25, No. 10, pp. 33-40.
Kim, D. H., Yoon, K. H., Yoo, K. J., Jeong, J. W., Park, N. K., Ahn, H. K., Lee, E. J., Lee, K. J., Han, S. S., Shin, H. K., Yoo, K. S., and Han, Y. C., 2007, Solar-energy parts of New and Renewable energy RD&D Strategy 2030, the Ministry of Commerce, Industry and Energy.
Korea Energy Management Corporation, 2007, Renewable energy facilities assessment criteria-PV solar panel PV 601 : 2007.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증