태양광 발전 시스템은 태양광 패널이 부착되어 있는 구조물, 이를 지지하는 부분과 발전된 전력을 계통 또는 부하측에 공급하는 장치로 구성된다. 태양광 패널의 발전효율은 태양빛의 입사량에 영향을 받기 때문에 패널이 태양빛을 가장 많이 받을 수 있는 방향으로 패널 구조물을 설치한다. 그러나 태양은 계속 이동하기 때문에 고정식 보다는 태양을 향하여 패널이 회전하는 방식이 더욱 효율이 좋다. 태양광 패널 구조물은 야외에 설치되므로 풍하중, 적설하중 지진하중 등이 작용한다. 본 논문에서는 태양광 패널 구조물에 가장 영향이 큰 풍하중을 유한요소법을 사용하여 구하고 이를 적용하여 태양 추적식 발전 장치의 구조물을 설계하였다. 특히 패널간의 간격에 따른 풍하중을 구하고, 패널 구조물이 지면과 이루는 각도에 따른 풍하중의 변화도 구하였다. 패널간의 간격은 간격이 없을 경우, 간격이 40 mm, 80 mm일 경우 등 3가지 경우에 대하여 해석을 하였으며, 지면과의 각도는 30도, 45도, 60도 등에 대하여 해석을 하였다. 해석결과 풍하중은 패널간의 간격이 없을 경우가 가장 적게 나타났고, 지면과의 경사각이 클수록 커지는 것을 알 수 있었다.
태양광 발전 시스템은 태양광 패널이 부착되어 있는 구조물, 이를 지지하는 부분과 발전된 전력을 계통 또는 부하측에 공급하는 장치로 구성된다. 태양광 패널의 발전효율은 태양빛의 입사량에 영향을 받기 때문에 패널이 태양빛을 가장 많이 받을 수 있는 방향으로 패널 구조물을 설치한다. 그러나 태양은 계속 이동하기 때문에 고정식 보다는 태양을 향하여 패널이 회전하는 방식이 더욱 효율이 좋다. 태양광 패널 구조물은 야외에 설치되므로 풍하중, 적설하중 지진하중 등이 작용한다. 본 논문에서는 태양광 패널 구조물에 가장 영향이 큰 풍하중을 유한요소법을 사용하여 구하고 이를 적용하여 태양 추적식 발전 장치의 구조물을 설계하였다. 특히 패널간의 간격에 따른 풍하중을 구하고, 패널 구조물이 지면과 이루는 각도에 따른 풍하중의 변화도 구하였다. 패널간의 간격은 간격이 없을 경우, 간격이 40 mm, 80 mm일 경우 등 3가지 경우에 대하여 해석을 하였으며, 지면과의 각도는 30도, 45도, 60도 등에 대하여 해석을 하였다. 해석결과 풍하중은 패널간의 간격이 없을 경우가 가장 적게 나타났고, 지면과의 경사각이 클수록 커지는 것을 알 수 있었다.
A solar photovoltaic system is composed of a module mounting structure, supporting trunk, and a control unit that supplies generated electrical power to an external power grid or a load. The efficiency of the system depends on the incident solar light, so the mounting structure is installed to face ...
A solar photovoltaic system is composed of a module mounting structure, supporting trunk, and a control unit that supplies generated electrical power to an external power grid or a load. The efficiency of the system depends on the incident solar light, so the mounting structure is installed to face the sun. However, because the sun always moves, systems that track the sun have better efficiency than fixed systems. The structure experiences wind pressure, snow load, seismic load, and structure weight. The wind pressure has the most serious effect on the structure. The pressure was obtained using finite element method for various gaps between modules and angles between the panel and the ground. The wind pressure is lowest when the gap is zero, and it increases with the inclination angle. Based on the results, a mounting structure module was designed.
A solar photovoltaic system is composed of a module mounting structure, supporting trunk, and a control unit that supplies generated electrical power to an external power grid or a load. The efficiency of the system depends on the incident solar light, so the mounting structure is installed to face the sun. However, because the sun always moves, systems that track the sun have better efficiency than fixed systems. The structure experiences wind pressure, snow load, seismic load, and structure weight. The wind pressure has the most serious effect on the structure. The pressure was obtained using finite element method for various gaps between modules and angles between the panel and the ground. The wind pressure is lowest when the gap is zero, and it increases with the inclination angle. Based on the results, a mounting structure module was designed.
따라서 안전성과 경량화가 동시에 요구된다. 본 논문에서는 이를 위한 방법으로 풍하중을 줄여 구조물 전체에 가해지는 하중을 줄이는 방법을 연구하였다. 그 중 바람에 직접적인 영향을 받는 태양광 모듈간의 설치 간격을 다르게 하여 풍하중의 분포 및 최대 풍압에 대한 해석을 수행함으로써, 각 경우를 비교 분석했다.
제안 방법
본 논문에서는 이를 위한 방법으로 풍하중을 줄여 구조물 전체에 가해지는 하중을 줄이는 방법을 연구하였다. 그 중 바람에 직접적인 영향을 받는 태양광 모듈간의 설치 간격을 다르게 하여 풍하중의 분포 및 최대 풍압에 대한 해석을 수행함으로써, 각 경우를 비교 분석했다.
대상 데이터
본 논문에서 사용한 태양광 모듈은 LG전자 250 W 단결정 모듈의 시리즈이다. Fig.
데이터처리
유동장의 격자 생성은 수치 해의 정확성에 영향을 미치는 요인이기 때문에 격자가 잘 만들어졌는지 확인해야 한다. 본 논문의 해석에서 격자의 정확성을 측정하기 위해 skewness의 값을 사용하였는데, 최대값을 0.9이하로 하였다.
추적식 태양광 발전기의 구조물을 상용 코드인 Ansys Workbench v.17을 사용하여 구조해석 하였다[9]. 태양광 발전기에 작용하는 외력은 유동해석에서 구한 풍압과 구조물이 갖는 자중이다.
성능/효과
(1) 풍압 해석결과 태양광 패널의 가장 아래 부분에서 풍압이 가장 크게 나타난다.
(3) 풍압 해석결과 태양광 모듈사이에 간격이 있으면 그 사이의 빈 공간을 지나면서 압력이 커지는 현상이 나타난다. 따라서 모듈사이의 간격이 없는 경우가 더 유리하다.
(4) 모듈간의 간격을 다르게 하여 해석 한 결과, 풍압이 수평 간격 0 mm는 40 mm, 80 mm인 경우를 비교하였을 때, 경사각 30 도인 경우 가장 큰 차이가 발생하였으며, 각각 최대 1.36배와 1.73배의 차이가 나타난다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대체에너지의 종류에는 무엇이 있는가?
대체에너지의 종류로는 태양광, 풍력, 수력, 파력, 지열 등이 거론되고 있지만, 그 중에 가장 큰 관심을 두고 있는 에너지는 태양광을 사용하여 에너지를 생산하는 태양전지 분야이다. 국내에서 태양광 분야의 기술개발은 1987년 12월에 제정된 대체에너지 기술개발 촉진법을 근거로 1988년부터 대체에너지 기술개발 기본계획의 수립과 함께 체계적으로 추진되었다.
건축구조설계기준에서 구조물을 건축 할 때 어떤 요소를 고려해야 하는가?
건축구조설계기준 (KBC2016)에 따르면 구조물을 건축 할 때에 고정하중, 풍하중, 지진하중, 그리고 적설하중을 고려하여 설계하도록 하고 있다[4]. 추적식 태양광 발전기는 실외 건축물로 바람에 의한 영향이 상대적으로 크게 작용하기 때문에 풍하중을 견디면서, 태양을 추적할 때의 움직임도 유연해야 한다.
태양광 에너지 설치 방식에 따라 발전효율을 높이는 방법은?
햇빛을 가장 많이 받기 위해 남쪽방향으로 설치 된 고정식과 달리 추적식은 태양의 움직임에 따라 각도를 조절한다. 즉, 태양의 고도와 방향이 바뀌는 동안 모듈에 입사하는 빛의 양을 최대로 하여 발전효율을 높일 수 있다.
참고문헌 (9)
G. I. Song, "Solar Industry Developing Status and Prospects in RPS", Journal of the KSME, vol. 52, no. 3, pp. 42-46, Mar. 2012.
E. C. Jo, W. J. Lee, M. S. Jeon, J. S. Lee, "The Present and Future of Solar technology", Journal of the KSME, vol. 49, no. 11, pp. 28-33, Nov. 2009.
H. J. Lim, H. W. Noh, Y. S. Lim, D. H. Kim, "Direction and Strategy of PV R&D Technical Programs of Korea for the Next Decade", The Korean Society For New And Renewable Energy, pp. 406-407, May 2008.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT), Korea Building Code 2016, http://www.kcsc.re.kr/File/2/CIGCDCF90037/CIGCDCF9 0037.pdf, (accessed Dec., 09, 2016).
Florian R. Menter, "Review of the Shear-Stress Transport Turbulence Model Experience from an Industrial Perspective", International Journal of Computational Fluid Dynamics, vol. 23, no. 4, pp. 305-316, April-May 2009. DOI: https://doi.org/10.1080/10618560902773387
J. H. Lee, K. J. Jung, "Aerodynamic Analysis of a Three-dimensional Wing using Transition SST Turbulence Model", Korea Society for Computational Fluids Engineering, pp. 45-48, Nov. 2010.
Ansys, Inc. ANSYS CFX-Solver Modeling Guide, Release 15.0, Nov. 2013.
Ansys, Inc. ANSYS Workbench user's guide, Release 15.0, Nov. 2013.
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