선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 PVT-s, PV-m, STA-p를 이용, 단일 태양에너지 이용 시스템 대비 실험 조건 및 변수 등에 의한 집열 및 집광 효율의 비교·분석을 통해, PVT-s의 성능 검증을 수행하고, 열 및 전기 효율을 분석하고자 한다.
- 본 연구에서는 태양에너지 이용 시스템의 전기 및 열 성능 비교 연구 및 효율 분석을 수행하였다.
제안 방법
- 온도 측정을 위해 K-type의 열전대(Thermocouple)를 이용하였으며, 설치된 위치는 PVT-s 및 STA-p의 입구 및 출구, Storage Tank의 내부, PV-m의 back cover로, 측정되는 각각의 온도를 시간 단위로 수집하기 위해 Datalogger의 각 채널에 연결하였다.
- 2011년 8월 31일에 GlazedPVT-s의 성능 실험이 수행되었다. 전기 및 열 성능에 영향을 주는 기상데이터(그림 5)인 일사량, 외기온도, 습도, 풍속을 측정하였다.
- 9월 1일에 Unglazed PVT-s의 성능 실험이 수행되었으며, 이를 위해 유리판이 제거된 상태로 Glazed PVT-s와 동일한 실험 방법에 의해 성능 검증이 진행되었다.
- 실험기간은 총 4일 간 정오를 기점으로 ±2시간 동안 수행되었으며, 유량은 0.04㎏/s로 유지, Open loop system으로 하여 시스템 내부를 순환한 물을 외부로 배출하였다.
대상 데이터
- 본 실험을 위해 설계·제작된 태양에너지 이용 시스템으로는 PV-m(KW-250M, (주)경원, 대한민국), STA-p(JH-F, 제인상사(주), 대한민국), PVT-s(KW-250M, (주)경원, JH-F, 제인상사(주), 대한민국)이다.
- 본 실험에 사용된 PVT-s의 주요 시스템은 기본적으로 빛에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 PV-m, 열에너지를 흡수할 수 있는 STA-p, 생산된 열을 저장할 수 있는 축열(蓄熱)장치(Storagetank)등으로 구성되며, 추가적으로 PV-m 냉각 및 STA-p의 열을 전달하는 작동유체(Workingfluid), 작동 유체의 순환을 위한 펌프 등으로 구성된다.
- PVT-s의 구성은 그림 2와 같으며 유리판과 PV plate사이에 약 1㎝ 간격의 중공층을 두어 열성능을 고려하였으며, PV plate 뒷판의 내부는 Polyethylene Terephthalate(PET), 외부는 Polyvinyl Fluoride(PVF)가 사용되었다.
- 여기서, Insulationmaterial의 재질은 White Glasswool로 두께 30㎜, 열전도율 0. 0395W/m℃이며, 프레임은 알루미늄이 사용되었다.
- 성능 비교 실험이 수행된 기간은 2011년 8월 31일(Glazed성능 실험)과 9월 1일(Unglazed 성능 실험)총 2일 간이며, 일출~일몰간의 데이터를 수집하였다. 또한, 각 시스템의 작동 및 정지를 동시에 하였으며, PVT-s의 집열 효율은 STA-p와, PVT-s의 전기 효율은 PV-m과 비교·분석되었다.
- PVT-s및 STA-p내부를 흐르는 작동유체는 물(H2O)을 사용하였고, 유량은 약 6ℓ/min으로 하였으며, 흐름 방향은 하부에서 상부로 하여, 유체가 흡수관 내부를 가득 채워 흐르게 하였다. 또한, Storage Tank내부 및 시스템을 순환하는 작동유체의 총 부피는 71.
- 04㎏/s로 유지, Open loop system으로 하여 시스템 내부를 순환한 물을 외부로 배출하였다. 또한, 20℃~120℃까지 조절이 가능한 자동온도조절히터를 이용하여 열효율 시험에 필요한 각각의 작동유체 입구 온도를 일정하게 유지하였으며, Weather station에 의해 시험에 필요한 기상데이터(일사량, 외기온도, 풍속)가 수집되었다. 그림 11을 통해, STA-p및 PVT-s의 (Tin-Ta)/G에 대한 열효율 변화를 나타내었다.
성능/효과
- 또한, 각 시스템의 작동 및 정지를 동시에 하였으며, PVT-s의 집열 효율은 STA-p와, PVT-s의 전기 효율은 PV-m과 비교·분석되었다.
- 02㎏/s등의 조건을 고려하여, 최소 4개 이상의 유체 입구 온도에 대해 측정, 최초 입구 온도는 외기온도의 ±3℃ 범위 이내, 최대 온도 80℃ 이하를 만족하였다.
- 02㎏/s등의 조건을 고려하여, 최소 4개 이상의 유체 입구 온도에 대해 측정, 최초 입구 온도는 외기온도의 ±3℃ 범위 이내, 최대 온도 80℃ 이하를 만족하였다. 정상상태에 도달하는 시간은 각 시스템 시간정수의 약 4배(약 10분)로 하여, 공급되는 열매체 온도를 일정하게 유지하였으며, 표 1에 주어진 범위 이내일 경우, 정상상태에서 작동된 것으로 간주하였다.
- 여기서, Unglazed PVT-s는 유리판에 의한 태양복사에너지 흡수·반사가 발생되지 않고, 시스템을 순환하는 작동유체에 의한 냉각 작용이 발생되어, 전력발생량이 PV-m 대비, 평균 4.79W 높게 나타났다.
- PV-m 및 PVT-s의 전력은 일사량에 비례, 상승하여 약 12시 51분에 각각 263.84W, 265.37W까지 상승하였으며, 약 10시 이전 및 12시 25분~14시 48분에 구름에 의한 일사 반사에 의해 전력 발생의 불규칙성이 나타났다(그림 10). 여기서, Unglazed PVT-s는 유리판에 의한 태양복사에너지 흡수·반사가 발생되지 않고, 시스템을 순환하는 작동유체에 의한 냉각 작용이 발생되어, 전력발생량이 PV-m 대비, 평균 4.
- 그림 11을 통해, STA-p및 PVT-s의 (Tin-Ta)/G에 대한 열효율 변화를 나타내었다. (Tin-Ta)/G가 0일 때, STA-p및 PVT-s의 열효율은 각각 71.5%와 57.9%로 나타났으며, (Tin-Ta)/G가 0.05일 때, 각각 48.1%와 11.0%로 나타났다.
- 외기온도(30℃)와 동일한 작동유체의 온도, 일사량 900W/㎡±50W/㎡의 조건을 만족하는 STA-p 및 PVT-s의 열효율은 각각 71.51%, 57.95%, PV-m 및 PVT-s의 전기효율은 각각 14.35%, 14.27%로 PVT-s의 총 효율은 72.22%를 나타내었다.
- 전력은 최대 265.37W까지 상승하여, PV-m대비 1.53W 높았으며, 평균 4.79W 높은 출력 성능을 나타내었다.
- 2℃ 낮은 집열 성능을 나타내었다. 전력은 최대 238.38W까지 상승하여, PV-m 대비 21.62W 낮았으며, 평균 13.22W 낮은 출력 성능을 나타내었다.
- 0%로 나타났다. 즉, 작동유체의 입구온도가 30℃에서 75℃로 상승하였을 때, STA-p 및 PVT-s의 열효율이 각각 23.4%, 46.9% 감소한 것으로 나타났다. 이를 통해, 태양열 이용 시스템은 작동유체의 입구온도가 낮을수록 열효율이 상승되는 것으로 분석된다.
- 9% 감소한 것으로 나타났다. 이를 통해, 태양열 이용 시스템은 작동유체의 입구온도가 낮을수록 열효율이 상승되는 것으로 분석된다.
- 전기효율은 PVT-s의 작동유체 입구온도가 30℃에서 75℃로 상승했을 경우, 2% 감소한 것으로 나타났다. 일사량에 대한 전기효율은 PV-m이 PVT-s에 비해 평균 0.
- 전기효율은 PVT-s의 작동유체 입구온도가 30℃에서 75℃로 상승했을 경우, 2% 감소한 것으로 나타났다. 일사량에 대한 전기효율은 PV-m이 PVT-s에 비해 평균 0.002% 높게 나타났으며, 일사량 약 950W/㎡에서 1030W/㎡로 약 80W/㎡ 상승, 외기온도 약 31.5℃에서 33.0℃로 1.5℃ 상승하였을 때, PV-m과 PVT-s의 효율은 각각 1.6%, 1.7%감소하였다. 이는 PVT-s에 설치된 유리판에 의한 태양복사에너지의 흡수·반사 및 온실효과로 인한 PVT-s의 온도 상승으로 인해 PV-m 효율 대비 최대-최소 효율 감소폭이 0.
- 총 효율은 STA-p 71.51%, PV-m 14.35%, PVT-s 72.22%로 PVT-s의 총 효율이 STA-p 대비 0.71%, PV-m 대비 57.87% 높게 나타났다.
- 본 연구를 통해, Glazed 및 Unglazed PVT-s의 열 및 전기 성능 실험과 더불어 Glazed PVT-s의 입구온도에 따른 열효율 시험 및 일사량에 따른 전기효율 시험을 수행하였으며, 단위 면적당 총 효율은 PVT-s가 가장 높게 나타난 것으로 분석되었다. 향후 Box channel design의 흡수관 및 염료감응 태양전지 적용 등의 변수에 따른 성능 비교 실험이 진행되어야 할 것이다.
후속연구
- 본 연구를 통해, Glazed 및 Unglazed PVT-s의 열 및 전기 성능 실험과 더불어 Glazed PVT-s의 입구온도에 따른 열효율 시험 및 일사량에 따른 전기효율 시험을 수행하였으며, 단위 면적당 총 효율은 PVT-s가 가장 높게 나타난 것으로 분석되었다. 향후 Box channel design의 흡수관 및 염료감응 태양전지 적용 등의 변수에 따른 성능 비교 실험이 진행되어야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.