[논문]태양전지발전 온실개폐시스템 개발

김영중; 강연구; 유영선; 강금춘; 백이

문제 정의

따라서 온실에서 태양전지 이용은 일반 전기기기보다 상대적으로 쉬울 수 있으며 투자비용 또한 적게 들 수 있다. 본 연구는 온실개폐시스템의 동력부하를 조사분석하고 온실 전기기기의 동력원으로서 태양광발전시스템의 적용가능성을 분석하고 자 한다. .
태양광 발전시스템을 온실에 적용하는 기초자료를 삼고자 3곳의 온실을 대상으로 동력부하를 조사하였다. 조사대상 온실 선정은 우리나라 표준온실모델인 1-2W형 온 실을 선정하였으며 육묘장도 한군데 조사하였다.

제안 방법

태양전지 의 설치 각도는 설치 지역 연중 최대 일사량을 받을 수 있는 35도로 하였다. 과충전과 과 방전을 방지하기 위하여 전력조정기를 통하여 충전과 온실개폐기 운전이 되도록 하였다. 온실개폐작동성 시험결과 1-2W 온실 750평, 20개 온실개폐기를 문제없이 동시에 태양광 전력으로 무조일수 4일 이상 운용할 수 있는 것으로 나타났다.
1641Wp 로 계산되었다. 이를 기준으로 본시험에서 제작한 태양광 발전장치는 그림 3에서 보는 바와 같은 태양전지 12V-50W급 4개로 하여 200W로 하였고, 개폐기의 작동전압 24V를 고려하여 직렬과 병렬로 구성하여 24V로 출력하여 배터리를 충전하도록 하였다. 배터리 소요용 량, #으로 표시할 수 있고 여기서 N, 부조일수, 즉 해가 없는 연속적인 기간,는 우리나라 기후사정을 고려하여 2일로 정하였고 축전지 상수 Bf는 0.
온실 1동 당 최대개폐부하는 안성온실이 900W, 부여온실은 567W로 조사되었다. 이를 기초 자료로 삼아 온실개폐동력용 태양전지 발전시스템을 설계하였다.
조사항목은 직류개폐기의 종류 및 개 수, 개폐부하 등 이었고 기타 교류전기동력기기에 대해서도 조사하였다. 조사방법은 현 지를 방문하여 실측하였고 개폐부하는 각각의 개폐기의 전류 및 전압을 열림 및 닫힘 작동을 하면서 멀티메타로 계측하였다.
조사대상 온실 선정은 우리나라 표준온실모델인 1-2W형 온 실을 선정하였으며 육묘장도 한군데 조사하였다. 조사항목은 직류개폐기의 종류 및 개 수, 개폐부하 등 이었고 기타 교류전기동력기기에 대해서도 조사하였다. 조사방법은 현 지를 방문하여 실측하였고 개폐부하는 각각의 개폐기의 전류 및 전압을 열림 및 닫힘 작동을 하면서 멀티메타로 계측하였다.
태양광발전 온실천 . 측창개폐시스템을 제작하였으며 주요 구성품은 태양광 발전장 치로 12V-50W급 4개를 직병렬로 연결하여 24V가 생성되도록 하였고 12V-40AH 배터 리를 2개 병렬로 연결하여 태양전지에서 생산되는 직류를 충전하도록 하였다. 태양전지 의 설치 각도는 설치 지역 연중 최대 일사량을 받을 수 있는 35도로 하였다.

대상 데이터

경기도 안성온실(750평)에서는 개폐기를 20개가 사용되었고 부여온실(300평)에서는 15 개가 사용되었다. 단위개폐기의 개폐부하는 제작회사에 따라 다르게 나타났으며 최대개 폐부하는 67.
태양광 발전시스템을 온실에 적용하는 기초자료를 삼고자 3곳의 온실을 대상으로 동력부하를 조사하였다. 조사대상 온실 선정은 우리나라 표준온실모델인 1-2W형 온 실을 선정하였으며 육묘장도 한군데 조사하였다. 조사항목은 직류개폐기의 종류 및 개 수, 개폐부하 등 이었고 기타 교류전기동력기기에 대해서도 조사하였다.

성능/효과

본 시험에서 제작한 태양전지발전시스템을 20개 온실의 개폐는 적용한 결과 아무런 문제점은 발견되지 않았다. 20개 개폐기를 동시 작동시킬 때 개폐전류는 35A까지 상승 되었고 개폐부하는 160Wph 로 측정되었으며 개폐시간은 15분으로 기존 전력시스템에 의한 개폐시간과 같았다. 배터리충전 상태도 항상 만충전상태를 유지하고 있었다.
35 kWh/m! . day, 시스 템효율 K 또한 태양광발전시스템 설계 시 통상적으로 사용하는 값 60%로 정하여 태 양전지 출력식에 대입한 결과 본 설치온실의 태양전지 출력 Pas는 0.1641Wp 로 계산되었다. 이를 기준으로 본시험에서 제작한 태양광 발전장치는 그림 3에서 보는 바와 같은 태양전지 12V-50W급 4개로 하여 200W로 하였고, 개폐기의 작동전압 24V를 고려하여 직렬과 병렬로 구성하여 24V로 출력하여 배터리를 충전하도록 하였다.
4kW 이므로 배터리는 항상 만충전 상태임을 알 수 있었다. 그러나, 배터리 방전시험의 결과 충전필요시점까지의 방전량은 약 900W로 측정되었으므로 실제적으로는 배터리 2개 방전량인 l,800W 정도가 연속적 으로 사용될 수 있다. 최대방전용량은 l,800W로 1일 개폐횟수가 2번이라면 무조일수가 4일 지속되더라도 본 배터리용량으로 연속적으로 4일 동안 온실내의 개폐작업에는 지 장이 없을 것으로 사료된다.
본 시험에서 제작한 태양전지발전시스템을 20개 온실의 개폐는 적용한 결과 아무런 문제점은 발견되지 않았다. 20개 개폐기를 동시 작동시킬 때 개폐전류는 35A까지 상승 되었고 개폐부하는 160Wph 로 측정되었으며 개폐시간은 15분으로 기존 전력시스템에 의한 개폐시간과 같았다.
과충전과 과 방전을 방지하기 위하여 전력조정기를 통하여 충전과 온실개폐기 운전이 되도록 하였다. 온실개폐작동성 시험결과 1-2W 온실 750평, 20개 온실개폐기를 문제없이 동시에 태양광 전력으로 무조일수 4일 이상 운용할 수 있는 것으로 나타났다. 태양광발전 온실 개폐시스템은 무전원지역의 온실에 사용할 수 있을 뿐만 아니라 정전시 비상용전원으 로도 사용 가능하다.
하루 중 태 양전지가 받은 최고피크는 정오경 l, 900Wp로 나타났고 태양전지에 의해 수집된 전력량 은 220Wp 정도가 되었으며 따라서 태양전지의 전력변환효율은 13%로 나왔다. 하루 동안 전체적 평균효율은 10.7%로 계산되 었으며 오후 5시경 이후에는 전력생산량은 극히 미미하였다.
그림 3은 온실에 태양전지발전시스템을 설치하고 일사량과 태양전지 전력발생량을 나타낸 그래프로 전력량은 24V 모터에 최 대부하를 걸고 계측한 값이다. 하루 중 태 양전지가 받은 최고피크는 정오경 l, 900Wp로 나타났고 태양전지에 의해 수집된 전력량 은 220Wp 정도가 되었으며 따라서 태양전지의 전력변환효율은 13%로 나왔다. 하루 동안 전체적 평균효율은 10.

후속연구

최대방전용량은 l,800W로 1일 개폐횟수가 2번이라면 무조일수가 4일 지속되더라도 본 배터리용량으로 연속적으로 4일 동안 온실내의 개폐작업에는 지 장이 없을 것으로 사료된다. 그러나, 실제적으로는 계절적 악기상에 의한 연속개폐일수 여부는 좀 더 지속적인 관찰이 요망된다.

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