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PRT 차량의 보조 전력공급을 위한 유연소재 태양전지의 적용 가능성 연구
An Exploratory Study on the Applicability of Thin-Film Photovoltaic Cells for Auxiliary Power Supply of a Personal Rapid Transit (PRT) Vehicle 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.17 no.2 = no.81, 2014년, pp.94 - 99  

강석원 (New Transportation Systems Research Center, Korea Railroad Research Institute) ,  한수진 (New Transportation Systems Research Center, Korea Railroad Research Institute) ,  정락교 (New Transportation Systems Research Center, Korea Railroad Research Institute) ,  오혁근 (High-speed Railroad Systems Research Center, Korea Railroad Research Institute) ,  고상원 (Eco-Transport Research Division, Korea Railroad Research Institute) ,  최두호 (New Transportation Systems Research Center, Korea Railroad Research Institute)

초록
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최근의 신 교통시스템 개발 동향은 주로 지속가능하고 친환경적인 교통수단을 제공하는데 초점이 맞춰져 있다. 그 중에서도, 수요응답형 순환교통(PRT: Personal Rapid Transit) 시스템은 그 가능성 때문에 주목을 받고 있으며, 첨단 전기 자동차(EV) 개발 기술과의 융합을 통해서 경쟁력은 보다 향상되고 있다. 하지만 전기 배터리에 의해 구동되는 차량의 경우 안정적이고 효율적인 운영의 측면에서 기술적인 어려움에 직면하고 있다. 본 논문에서는, 기술적인 난제를 극복하고 전기에너지를 기반으로 한 교통수단의 보급을 증대하기 위하여 태양전지에 의한 보조 전력 공급을 위한 설계적 접근방법에 대해서 모형실험을 통해서 논한다. 그 결과, 실제 차량에 적용했을 시 보조 전원 공급장치로서 일부 서비스 기기에 소요되는 전력량의 대략 11% 정도를 감당할 수 있을 것으로 예측되었다. 특히, 유연소재 태양전지의 장점은 저렴하고 가벼우며 디자인 의도를 최대한 살릴 수 있다는 데 있다. 무엇보다도 유연함과 용이한 부착성은 다양한 분야에서의 확대 적용 가능성을 보여준다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, trends in new transportation system development have been primarily focused on sustainable and ecofriendly mobility solutions. The personal rapid transit (PRT) system has been considered a promising candidate in this category; its competitiveness is being improved through convergence with ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 비결정질 실리콘(Amorphous Si) 필름은 상용화된 모듈 중에서는 가장 낮은 효율을 보여주지만, 대량 생산 가능성 및 낮은 생산 단가의 장점 외에 태양광의 입사 각도나 여름철 고온 환경에서의 온도에 대한 영향이 적은 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 차량 디자인의 의도를 최대한 살리고 상용화되어 가격이 저렴한 실리콘 계열의 필름형 태양전지를 보조 전원공급원으로서 PRT 개발 차량에 적용하고자 한다.
  • 본 논문에서는 모형 차량을 이용한 실험 결과를 토대로 필름형 무기 태양전지를 이용하여 현재 개발 중인 PRT 차량에 보조 전원을 공급하는 것이 가능한지에 대해서 검토하였다. 연구에 사용된 필름형 태양전지는 유선형 디자인이 많은 현재 차량 외형 디자인의 의도를 그대로 살리면서 적용할 수 있고 가벼우며 내구성이 좋은 장점이 있다.
  • 본 연구에서는 실제 차량에 적용하기 전의 설계 단계에서의 적용성을 검토할 목적으로 Fig. 5(a)와 같이 실 차량의 1/6 크기의 모형차량을 이용해 효율을 측정하였다. 차량의 루프(Roof)에 맞는 적절한 크기를 가진 PowerFilm사의 MPT15-75 태양전지를 사용했으며 기본 사양은 아래의 Table 2와 같다.
  • 특히, 최근 들어 박막 형태의 태양전지 제조기술의 향상과 더불어 최대 단점인 낮은 효율을 극복한 다양한 태양전지가 상용화되고 있다. 본 연구에서는 차량의 디자인 측면을 고려하며 경제적/물리적으로 부담이 적은 유연소재(Flexible) 무기 태양전지를 현재 개발 중인 PRT 차량의 보조 전원공급원으로서의 활용성을 검토해 보고자 한다. 필름형 태양전지는 태양광의 입사 각도나 일사량에 따라 성능의 차이를 보이지만 저렴함, 유연함 및 부착의 용이성 등은 장점이라 할 수 있다.
  • 실제 차량의 적용 시에도 모형실험에 적용된 방법과 마찬가지로 PRT 차량 외형 디자인의 심미성과 전력 생산의 효율성을 극대화하기 위해 아래의 Fig. 7과 같이 차량의 루프에 필름형 태양전지를 설치하고자 한다. 부착 가능한 루프의 면적은 대략 3.
  • 이와 더불어 모형 차량의 소재는 합성수지(Resin)로 열전도율이 낮아 태양의 고도가 가장 높은 시간대에는 표면 온도가 대략 65℃도 이상으로 상승하여 성능을 보다 저하한 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 실제로 태양전지를 적용했을 시 얻을 수 있는 기대효과인 최대 출력 값(Pmax)을 통해서 그 가능성을 검토하였다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
최근의 신 교통시스템 개발 동향의 초점은 어디에 있는가? 최근의 신 교통시스템 개발 동향은 주로 지속가능하고 친환경적인 교통수단을 제공하는데 초점이 맞춰져 있다. 그 중에서도, 수요응답형 순환교통(PRT: Personal Rapid Transit) 시스템은 그 가능성 때문에 주목을 받고 있으며, 첨단 전기 자동차(EV) 개발 기술과의 융합을 통해서 경쟁력은 보다 향상되고 있다.
본문에서 수요응답형 순환교통 시스템을 어떻게 정의하고 있는가? 수요응답형 순환교통(PRT: Personal Rapid Transit) 시스템은 다수의 루프(Loop)를 포함하는 네트워크(Network)로 구성된 노선상에서 수요자의 요구에 대응하여 목적지까지 무정차로 무인 자율주행 방법에 따라서 운영되는 미래형 신 교통수단으로 정의될 수 있다[1]. 특히, PRT 시스템과 같이 유해가스를 배출하지 않고 교통 혼잡을 완화할 수 있는 친환경 대중교통 시스템(Eco-friendly public transportation)은 전세계적으로 많은 관심을 받고 있다.
수요응답형 순환교통이 직면하고 있는 어려움은 무엇인가? 그 중에서도, 수요응답형 순환교통(PRT: Personal Rapid Transit) 시스템은 그 가능성 때문에 주목을 받고 있으며, 첨단 전기 자동차(EV) 개발 기술과의 융합을 통해서 경쟁력은 보다 향상되고 있다. 하지만 전기 배터리에 의해 구동되는 차량의 경우 안정적이고 효율적인 운영의 측면에서 기술적인 어려움에 직면하고 있다. 본 논문에서는, 기술적인 난제를 극복하고 전기에너지를 기반으로 한 교통수단의 보급을 증대하기 위하여 태양전지에 의한 보조 전력 공급을 위한 설계적 접근방법에 대해서 모형실험을 통해서 논한다.
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참고문헌 (12)

  1. J.H. Irving, H. Bernstein, H., C.L. Olson, J. Buyan (1978) Fundamentals of Personal Rapid Transit: Chapter 1. Service Concepts, D.C. Health and Company, Lexington M.A., pp. 1-31. 

  2. R. Baertsch (2008) Solar-powered personal rapid transit (PRT): electric vehicles without batteries or congestion, Proceedings of the Solar Conference, 2, pp. 1180-1201. 

  3. R. Baertsch, J. Dunnmon (2010) Renewable energy use advantages of maglev-based personal rapid transit, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2146(1), pp. 69-75. 

  4. B-H. Kim, R.-G. Jeong, S.-G. Chung, S.-W. Kang (2013) A development of the electric power supply system for PRT vehicle, The Transactions on the Korean Institute of Electrical Engineers, 62(2), pp. 196-200. 

  5. W.S. Han, H.S. Kim, B.S. Choi, D.K. Oh (2007) Trends of the next-generation solar cell technology, ETRI Electronics and Telecommunications Trends, 22(5), pp. 86-94. 

  6. J.H. Kim (2010) Compound semiconductor CIGS thin film photovoltaic devices, Ceramist, 13(3), pp. 13-22. 

  7. J.-Y. Lee, S. Yoo, B. Kim (2012) Toward the commercialization of organic photovoltaic cells, Physics & High Technology, 21, pp. 20-30. 

  8. S.H. Seo, D.Y. Lee, W.J. Lee (2007) Photoelectrochemical dye-sensitized solar cell technology, Physics & High Technology, 16, pp. 16-19. 

  9. Y. Jo, J. Lim, H. Nam, Y. Jun (2009) Electrochemical approaches to dye-sensitized solar cells, Journal of the Korean Electrochemical Society, 12(4), pp. 301-310. 

  10. S.K. Ahn, K.S. Shin, K.H. Yoon (2011) Performance evaluation technique for solar cells (measurement and correction), Polymer Science and Technology, 22(6), pp. 570-576. 

  11. M.A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, E.D. Dunlop (2014) Solar cell efficiency tables (version 43), Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 22(1), pp. 1-9. 

  12. M. Kaltenbrunner, M.S. White, E.D. G owacki, T. Sekitani, T. Someya, N.S. Sariciftci, S. Bauer (2012) Ultrathin and lightweight organic solar cells with high flexibility, Nature Communications, 3:770, pp. 1-7. 

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