[논문]태양광모듈 냉각장치를 이용한 태양광발전장치 발전효율 향상을 위한 연구방안

윤용호

doi:10.7236/jiibc.2020.20.1.199

태양광모듈 냉각장치를 이용한 태양광발전장치 발전효율 향상을 위한 연구방안
Research Plan to improve Power Generation Efficiency of Photovoltaic Units using Photovoltaic Module Cooling System 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.20 no.1, 2020년, pp.199 - 204

초록
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국내에서 사용 중인 실리콘 태양전지판의 경우 제작 사양이 -0.5에서 0.05℃ 한계에서 최대출력을 낼 수 있도록 설계되어있어 온도 1℃ 상승 시 0.45~0.55%의 출력이 감소한다. 결과적으로 태양광발전은 태양전지(CELL)의 특성상 태양광모듈의 표면 온도상승에 따라 출력이 떨어지게 된다. 출력 저하는 태양광발전의 효율을 떨어뜨리며 효율이 떨어지면 최종적으로 태양광발전의 발전량에 따른 전력판매 수익이 감소하는 결과를 낳는다. 따라서 본 논문에서는 온도검출 센서를 통해 설정된 온도 이상으로 식별 시 태양광모듈 하부(또는 주변)에 냉각 공기를 분사시키는 방식을 연구방안으로 제안한다. 추가로 손실된 태양에너지를 활용하여 발전량을 증가시키며 냉각 공기를 통한 냉각기능을 적용함으로써 발전량을 더욱 증대시킬 수 있도록 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In case of the silicon solar panel being used in Korea, the production specification is designed to give maximum output at the limit of -0.5 to 0.05℃, so the output of 0.45~0.55% decreases when the temperature rises by 1℃. As a result, the photovoltaic power generation is reduced according to the surface temperature rise of the photovoltaic module due to the characteristics of the solar cell. The decrease in output reduces the efficiency of photovoltaic power generation, and if the efficiency decreases, the result is that the profit of electricity sales according to the amount of photovoltaic power generation decreases. Therefore, this paper proposes a method of spraying cooling air to the lower (or surrounding) of the photovoltaic module when it is identified above the set temperature by the temperature detection sensor. In addition, the amount of power generated is increased by utilizing the lost solar energy, and by applying cooling function through cooling air, the power generation can be further increased.

주제어

표/그림 (9)

그림 그림 1. 스프링클러를 이용한 태양광모듈 냉각장치 Fig. 1. Photovoltaic module cooling device using sprinkler
그림 그림 2. 냉각장치(스프링클러)&자연상태시 태양광발전 생산량 Fig. 2. Cooling device(spring sprinkler) & natural state of photovoltaic power output
그림 그림 3. 수상 태양광발전시스템 Fig. 3. Floating photovoltaic power system
그림 그림 4. 태양광모듈 냉각장치 구성도 Fig. 4. Diagram of photovoltaic module cooling system
그림 그림 5. 태양광모듈 냉각장치 온도검출 및 온도제어 Fig. 5. Photovoltaic module cooling device temperature detection and temperature control
그림 그림 6. 태양광모듈 냉각장치 온도제어 내부 회로 Fig. 6. Photovoltaic module cooling device temperature control internal circuit
그림 그림 7. 태양광모듈 냉각장치를 적용한 태양광발전장치 구성도 Fig. 7. Diagram of photovoltaic power generation device applying photovoltaic module cooling device
그림 그림 8. 제작된 태양광모듈 냉각장치(온도 제어함 포함) Fig. 8. Manufactured photovoltaic module cooling device (including temperature control box)
그림 그림 9. 제작된 태양광모듈 냉각장치를 이용한 태양광발전장치 Fig. 9. Photovoltaic device using manufactured photovoltaic module cooling device

AI 본문요약
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문제 정의

5% 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 따라서 온도가 높아짐에 따라 발전효율이 감소하는 것을 방지하기 위해서본 논문에서는 추가로 공랭식을 적용한 냉각장치 기능을가지는 태양광발전장치를 제안한다.
본 논문에서 연구한 냉각장치를 이용한 태양광발전장치는 손실된 태양에너지를 활용하는 것으로 회전 반사판에 일차적으로 입사되는 태양에너지(일사량)가 여러 각도로 반사가 되어 다시 태양광모듈에 이차적으로 입사될 수 있다. 반대로 태양광 모듈에 의해 직접 반사되는 태양에너지(일사량)는 회전 반사판을 통해 태양광 모듈에 다시 입사하는 구조로 이루어져 발전효율을 최대화할 수 있는 구조로 제안 및 설계하였다.
본 논문에서는 기존 제품의 문제점을 개선하고자 온도검출 센서를 통해 설정된 온도 이상으로 식별 시 태양광모듈 하부(또는 주변)에 냉각 공기를 분사시키는 방식을연구방안으로 제안한다. 추가로 손실된 태양에너지를 활용하여 발전량을 증가시키며 냉각 공기를 통한 냉각기능을 적용함으로써 발전량을 더욱 증대시킬 수 있도록 하였다.

가설 설정

2) 태양광모듈에 직접 냉각 공기를 분사하는 구조로빠르게 냉각시킬 수 있다.

제안 방법

또한, 태양광 모듈의 표면 온도 증가에 따른 발전량 저하를 개선하기 위해 냉각장치 기능을 추가로 가지는 구조로 이루어졌다. 기존 냉각장치들의 문제점 보완, 경제성 향상, 오염물질로 인한 환경오염 방지, 추가 제반 시설 요구로 인한 공간적 문제 해결 등을 고려하여온도 센서와 공기압축기를 이용한 공랭식 구조를 적용하였다.
이러한 문제점들을 기반으로 본 연구를 통해 스프링클러를 사용한 냉각시스템의 문제점을 개선하기 위해 공기압축기를 이용하여 냉각 공기, 외부 공기로 태양광모듈을냉각시켜주는 방식으로 구조가 단순하며 기존 시스템보다 설치비용에 대한 경제성 효과를 가질 수 있도록 제안하였다. 또한, 기존 제품과 달리 냉각기능뿐만 아니라 회전하는 반사판을 이용해서 태양에너지(일사량)의 손실을줄임으로써 전체적인 발전량(효율)을 최대화할 수 있도록 하였다.
따라서 반사되어 나가는 손실된 태양에너지(일사량)를다시 활용함으로써 발전량을 높일 수 있는 특징을 가지고 있다. 또한, 태양광 모듈의 표면 온도 증가에 따른 발전량 저하를 개선하기 위해 냉각장치 기능을 추가로 가지는 구조로 이루어졌다. 기존 냉각장치들의 문제점 보완, 경제성 향상, 오염물질로 인한 환경오염 방지, 추가 제반 시설 요구로 인한 공간적 문제 해결 등을 고려하여온도 센서와 공기압축기를 이용한 공랭식 구조를 적용하였다.
본 논문에서 연구한 냉각장치를 이용한 태양광발전장치는 손실된 태양에너지를 활용하는 것으로 회전 반사판에 일차적으로 입사되는 태양에너지(일사량)가 여러 각도로 반사가 되어 다시 태양광모듈에 이차적으로 입사될 수 있다. 반대로 태양광 모듈에 의해 직접 반사되는 태양에너지(일사량)는 회전 반사판을 통해 태양광 모듈에 다시 입사하는 구조로 이루어져 발전효율을 최대화할 수 있는 구조로 제안 및 설계하였다.
이러한 기존 제품의 문제점을 개선하고자 온도검출 센서를 통해 설정된 온도 이상으로 식별 시 태양광모듈 하부(또는 주변)에 냉각 공기를 분사시키는 구조로 설계하였다. 따라서 제안한 손실된 태양에너지를 활용하여 발전량을 증가시키며 추가로 냉각장치를 적용함으로써 발전량을 더욱 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
이러한 문제점들을 기반으로 본 연구를 통해 스프링클러를 사용한 냉각시스템의 문제점을 개선하기 위해 공기압축기를 이용하여 냉각 공기, 외부 공기로 태양광모듈을냉각시켜주는 방식으로 구조가 단순하며 기존 시스템보다 설치비용에 대한 경제성 효과를 가질 수 있도록 제안하였다. 또한, 기존 제품과 달리 냉각기능뿐만 아니라 회전하는 반사판을 이용해서 태양에너지(일사량)의 손실을줄임으로써 전체적인 발전량(효율)을 최대화할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 기존 제품의 문제점을 개선하고자 온도검출 센서를 통해 설정된 온도 이상으로 식별 시 태양광모듈 하부(또는 주변)에 냉각 공기를 분사시키는 방식을연구방안으로 제안한다. 추가로 손실된 태양에너지를 활용하여 발전량을 증가시키며 냉각 공기를 통한 냉각기능을 적용함으로써 발전량을 더욱 증대시킬 수 있도록 하였다.
태양광모듈 냉각장치를 이용한 제안된 태양광발전장치는 그림 4와 같이 태양광모듈 냉각장치를 설계하였다.태양발전장치의 String으로 구성된 1번, 2번, 3번 ··· n번의 태양광모듈 온도를 감지하기 위해 설치된 온도 센서와 온도 감지에 의한 온도제어부, 온도에 따른 냉각작용을 할 수 있도록 솔레노이드 밸브를 포함한 압축기 등으로 구성되어 있다.
태양광모듈 냉각장치를 이용한 태양광발전장치 발전효율 향상을 목적으로 제안된 냉각장치를 이용하여 태양광모듈의 표면 온도를 낮춤으로써 발전효율을 높일 수있으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
태양광발전장치의 발전량(효율)을 최대화하고 기존제품의 문제점을 개선하기 위해 손실된 태양에너지(일사량)를 다시 활용하고 냉각장치를 통한 태양광 모듈의 표면온도를 낮춰주는 두 가지 방식을 적용하였으며 최종적으로 발전된 전기에너지를 2차 전지에 저장 및 활용할 수있는 구조로 설계하였다.

성능/효과

1) 회전 반사판에 의해 손실된 태양에너지(일사량)의무수한 반사 각도에 따른 태양에너지를 재활용할수 있다.
3) 온도 제어함에서 온도를 제어함으로써 모듈별 냉각이 가능하여 전력 손실을 줄일 수 있다.
4) 공기압축기를 통해 바람이 분사되는 방식으로 태양광 모듈 위 먼지 및 이물질 차단에 용이하다.
이러한 기존 제품의 문제점을 개선하고자 온도검출 센서를 통해 설정된 온도 이상으로 식별 시 태양광모듈 하부(또는 주변)에 냉각 공기를 분사시키는 구조로 설계하였다. 따라서 제안한 손실된 태양에너지를 활용하여 발전량을 증가시키며 추가로 냉각장치를 적용함으로써 발전량을 더욱 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
본 논문에서 연구방안으로 제안 및 설계 제작된 태양광발전장치는 기존에 설치된 제품에 추가로 적용하여 태양광모듈에서 손실되는 태양에너지(일사량) 재활용 및태양광 모듈의 온도상승으로 인한 발전량 저하를 방지함으로 발전효율을 최대화할 수 있다. 또한, 바람을 최대한활용할 수 있는 산이나 해안가, 물이 부족한 환경 등에서유리하게 적용될 것으로 사료된다.

후속연구

본 논문에서 연구방안으로 제안 및 설계 제작된 태양광발전장치는 기존에 설치된 제품에 추가로 적용하여 태양광모듈에서 손실되는 태양에너지(일사량) 재활용 및태양광 모듈의 온도상승으로 인한 발전량 저하를 방지함으로 발전효율을 최대화할 수 있다. 또한, 바람을 최대한활용할 수 있는 산이나 해안가, 물이 부족한 환경 등에서유리하게 적용될 것으로 사료된다.

참고문헌 (7)

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저자의 다른 논문 :

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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