[논문]태양광발전 시스템 효율향상을 위한 셀 표면 냉각에 관한 연구

진주석; 유상필; 김이현; 정성대; 서용석; 정남조

태양광발전 시스템 효율향상을 위한 셀 표면 냉각에 관한 연구
Improving the effectiveness of a photovoltaic system by cooling on the surface of photovoltaic cells 원문보기

진주석 ((주)하이레벤) , 유상필 ((주)하이레벤) , 김이현 ((주)하이레벤) , 정성대 ((주)하이레벤) , 서용석 (한국에너지기술연구원) , 정남조 (한국에너지기술연구원)

The crystalline silicon solar cell was one of the first to be developed and it is still the most widely used type. The photovoltaic cells will exhibit long-term degradation if the temperature exceed a certain limit. The purpose of this study is to investigate the possible of improving the performance of a photovoltaic cooling system. According to the results of the experiment, the thermal degradation of 44.63degrees was observed by cooling on the surface of photovoltaic cells. It is a decrease of 22.215percent of generating power. It is shown that photovoltaic cooling system is effected on improving the effectiveness of a photovoltaic out of power.

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문제 정의

본 연구에서는 태양광발전 출력향상을 위하여 열전달(heat transfer)과 모멘텀(momentum)전달 효과가 일반 유동에 비해 수 배 높은 impinging jet을 이용하였으며 고온의 모듈에 대한 냉각으로 태양광발전시스템 출력향상에 관한 연구를 수행하였다.

제안 방법

본 연구는 태양광발전시스템의 출력향상을 위하여 열전달과 모멘텀 효과가 큰 충돌제트를 이용하였으며, 9번의 상이한 모듈의 온도에서 냉각실험을 진행하였다. 실험결과에 따르면 최고44.
결정질 실리콘재질 110W출력의 모듈 2장(220W)을 사용하였으며, 각 실험마다 1개의 모듈에 3개씩 총 6개의 thermocouple을 이용하였다. 원활한 실험과 실시간데이터를 분석하기 위하여 DAQmx Software를 설치 및 USB-6008 12-bit를 이용하는 방법을 사용하였다.
충돌제트를 이용한 태양광발전시스템 출력향상을 위한 본 연구는 9번의 각기 다른 모듈의 초기온도에서 실험을 진행하였고 각 실험마다 6개의 thermocouple에서 모듈의 온도감소 평균을 측정하였다.

대상 데이터

1과 같은 실험 장치를 구성하였다. 결정질 실리콘재질 110W출력의 모듈 2장(220W)을 사용하였으며, 각 실험마다 1개의 모듈에 3개씩 총 6개의 thermocouple을 이용하였다. 원활한 실험과 실시간데이터를 분석하기 위하여 DAQmx Software를 설치 및 USB-6008 12-bit를 이용하는 방법을 사용하였다.
냉각 시스템에 사용된 작동유체로는 비압축성의 일반 냉각수를 사용하였으며 모듈냉각 실험시 초기 냉각수 온도는 8℃이고 2bar의 균일한 압력에서 각 180초의 분사시간으로 실험을 진행하였다. Table 1에 효과적인 실험을 진행하기위한 실험에 사용된 기본조건을 나타내었다.
본 연구는 태양광발전시스템의 출력향상을 위하여 열전달과 모멘텀 효과가 큰 충돌제트를 이용하였으며 Fig.1과 같은 실험 장치를 구성하였다. 결정질 실리콘재질 110W출력의 모듈 2장(220W)을 사용하였으며, 각 실험마다 1개의 모듈에 3개씩 총 6개의 thermocouple을 이용하였다.

성능/효과

59%에 해당하는 태양광발전 출력감소에 해당한다. 220W태양광발전 출력 결과에 의하면 이는 태양광 모듈이 고온에 그냥 방치될 경우 198.03W이하의 출력을 얻을 수 있으며가 모듈에 대한 냉각수 분사 시 216.67W이상의 발전출력을 얻을 수 있다고 판단된다. 또한 본 실험은 180s의 시간동안 모듈에 대한 냉각수를 분사를 실시하였지만 그이상의 시간동안 태양광 모듈에 냉각이 실시된다면 216.
67W이상의 발전출력을 얻을 수 있다고 판단된다. 또한 본 실험은 180s의 시간동안 모듈에 대한 냉각수를 분사를 실시하였지만 그이상의 시간동안 태양광 모듈에 냉각이 실시된다면 216.67W이상의 효과를 얻을 수 있다고 사료된다.
본 연구에서 사용된 220W 태양광 모듈에 대한 냉각실험결과 태양광 모듈에 저온의 냉각수를 분사한 후 평균적으로 198.03W에서 216.67W까지 발전 출력이 향상하는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과 값은 Fig.4에 나타내었다.
본 연구는 태양광발전시스템의 출력향상을 위하여 열전달과 모멘텀 효과가 큰 충돌제트를 이용하였으며, 9번의 상이한 모듈의 온도에서 냉각실험을 진행하였다. 실험결과에 따르면 최고44.63℃에서 최소 29.19℃에 해당하는 모듈의 온도감소가발생하였으며 이러한 결과는 22.22%에서 14.59%에 해당하는 태양광발전 출력감소에 해당한다. 220W태양광발전 출력 결과에 의하면 이는 태양광 모듈이 고온에 그냥 방치될 경우 198.
측정된 데이터는 Fig. 2에 나타내었으며, 결과에 따르면 No.6의 실험에서 최고 44.63℃의 온도 감소가 발생하였고, No.4의 실험에서 29.19℃에 해당하는 최소온도의 감소가 측정되었다. 9번의 실험에서 나타난 온도감소의 평균값은 Fig.

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