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문제 정의
- 미세먼지 신호등은 주로 시민들의 활동이 많은 공원이나 산책로 등에 설치되는데 계통과 거리가 먼 곳에 위치하는 경우가 많으며, 계통과 가까운 경우에도 시스템 가격에 비해 너무 높은 공사비로 인해 독립형 태양광 발전 시스템을 전원으로 사용하는 경우가 많다. 따라서 본 논문에서는 미세먼지 신호등을 부하로 하는 독립형 태양광발전 시스템의 무정전 동작을 가능하게 하는 최적의 시스템 용량 산정 및 설계 방법에 관하여 상세히 서술한다.
- 본 논문에서는 과거 일사량 데이터를 바탕으로 하는 시뮬레이션을 통해 미세먼지 신호등용 독립형 태양광발전 시스템의 무정전 가동을 위한 최적 시스템의 용량선정 및 설계 방법을 제시한다. 연간 부조일수를 4일로 설정하고 시스템을 설계하는 기존의 방식 대신 과거 일사량 데이터와 부하손실확률에 기반하여 시스템을 설계하는 방식을 제안한다.
- 본 논문에서는 미세먼지 가로등용 독립형 태양광 발전 시스템에 무정전 전력을 공급하기 위한 시스템의 최적화 설계 방법을 제시하였다. 기존의 방식처럼 부조일수를 4일로 선정하여 배터리 용량을 산정하는 경우 예상보다 훨씬 많은 시간의 정전에 의한 시스템 가동 정지를 감내해야 하며, 이는 시스템의 수명주기비용을 고려할 경우 경제적 설계가 아님을 알 수 있었다.
- 본 절에서는 기상데이터를 바탕으로 한 시스템 시뮬레이션을 통해 무정전 전력 공급이 가능한 비용 효율적 시스템을 찾아내는 방법을 제시하고자 한다. 먼저 그림 9는 제안하는 방식의 시스템 설계 순서도이다.
- 본 절에서는 독립형 미세먼지 가로등용 태양광 발전시스템을 기존 방식에 따라 설계하는 방식을 먼저 소개한다. 독립형 태양광 발전 시스템의 설계에서는 과거 기상정보에 근거하여 계산된 일사량을 바탕으로 예측된 부하 사용 전력량을 고려하여 태양전지 모듈의 크기와 배터리의 용량을 선정한다.
가설 설정
- 의 10%로 계상하며, 시스템의 유지보수 비용은 식 (11)과 유사하게 미래의 가치를 현재의 가치로 환산하여 식 (13)과 같이 나타낼 수 있다. 여기서도 물가상승률 i는 3%, 이자율 d는 5%로 가정한다.
- 일반적으로 태양전지 모듈의 수명은 20년 정도로 보며, 배터리의 수명을 5년으로 간주할 때 모듈의 수명주기 동안 배터리는 3번 교체하여야 한다. 이러한 교체 배터리의 가격 산출은 미래의 가치를 현재의 가치로 환산하는 식 (11)을 통해 계산할 수 있으며, 이 때 물가상승률 i는 3%로, 이자율 d는 5%로 가정한다.
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