초록 ▼

1. 최종목표
슈퍼캐패시터(EDLC)를 적용한 가로등용 태양광/풍력 복합발전시스템의 상용화를 위한 시제품을 개발 및 제작하여 필드테스트를 수행함으로서 성능의 우수함과 안정성을 입증하고자 한다. 독립전원용 태양광/풍력 복합발전시스템의 부하로 LED 광원을 이용한 조명장치를 적용함으로서 고출력 발전시스템을 통한 가로등 시스템 장치의 개발을 목표로 하고 있다. 발전된 전력을 배터리에 저장하는데 있어서 보조장치로 적용될 슈퍼캐패시터는 기존의 컨트롤러와는 달리 배터리의 고출력과 긴 수명을 보장할 수 있어 기존장치에 비해 유지보수가 적게

1. 최종목표
슈퍼캐패시터(EDLC)를 적용한 가로등용 태양광/풍력 복합발전시스템의 상용화를 위한 시제품을 개발 및 제작하여 필드테스트를 수행함으로서 성능의 우수함과 안정성을 입증하고자 한다. 독립전원용 태양광/풍력 복합발전시스템의 부하로 LED 광원을 이용한 조명장치를 적용함으로서 고출력 발전시스템을 통한 가로등 시스템 장치의 개발을 목표로 하고 있다. 발전된 전력을 배터리에 저장하는데 있어서 보조장치로 적용될 슈퍼캐패시터는 기존의 컨트롤러와는 달리 배터리의 고출력과 긴 수명을 보장할 수 있어 기존장치에 비해 유지보수가 적게 들고 우수한 성능을 확보할 수 있다. 개발목표를 정리하면 다음과 같다.
(1) 태양광/풍력 복합발전시스템의 최적의 설계를 바탕으로 구조설계 및 장치기술의 확보
(2) 슈퍼캐패시터(EDLC)가 적용된 하이브리드 밸런싱회로의 설계기술 확보
(3) 조명용 고출력 LED 드라이브 기술의 확보
2. 개발내용 및 결과
본 개발과제를 통해서
(1) 풍력/태양광 하이브리드 독립형 발전시스템을 가로등 부하에 적용하여 최적의 용량산정이나 시스템의 안정성을 위한 구조설계 기술 등을 확보하였다.
(2) 하이브리드 시스템의 잉여에너지의 배터리저장기술 중, 밸런싱제어기술을 설계 및 제작실험하여 적용하는데 슈퍼캐패시터를 활용한 기술을 확보하고 이를 시제품에 적용하였다.
(3) 조명용 고출력 LED조명장치의 정전압 및 정전류 드라이브설계 기술을 확보하였고, 이를 상품화에 적용하기 위한 기반기술을 구축하였다.
3. 사업성과
○ 기술적 성과
- 태양광/풍력 복합발전용 컨트롤러 기술을 확보함으로서 다양한 복합발전시스템의 대응기술을 확보하였고, 시제품의 개발을 통해 실용화기술을 확립하였다.
- 슈퍼캐패시터를 활용한 배터리저장장치기술 확보하여 차세대 에너지 저장매체로서의 EDLC를 활용할 수 있는 계기를 마련하였다.
- 조명용 고출력 LED 기술의 확보되어 기존의 조명체계를 전환할 수 있는 LED조명기술을 확보함으로서 조명장치의 시장 변화에 대응할 수 있는 드라이브 기술을 확보하였다.
- 태양광/풍력 복합발전을 위한 최적의 설계기술을 확립하여 향후 독립형 하이브리드 시스템의 용량선정이나 이에 따른 기구설계기술를 확보하였다.
○ 경제적 성과
- LED기술의 확보로 다양한 사업진출 모색할 수 있어 참여기업의 매출향상에 도움이 될 것으로 생각된다. 또한 LED조명기술에 대한 사전준비를 통해 시장의 흐름을 파악하고 시장에 진입하는데 도움이 되었다.
- 고출력 LED기술의 확보를 통한 응용장치 사업화할 수 있는 계기가 되었다.
- 제품의 규격화를 통한 생산비 절감효과를 가져올 수 있다. 특히, 구조설계를 방식의 독창적인 설계기술과 재료의 유통경로를 확보하여 향후 상품화를 위한 생산공정에 반영함으로서 생산비를 절감할 수 있는 기회가 되었다.
- 신재생에너지산업 제품의 다양화를 통한 시장진출 및 확대의 계기가 되었다. 특히, 독립형 복합발전분야는 그 수요가 점차 증가하고 있는 추세이므로 이에 대한 시제품의 제작을 통해 큰 홍보효과를 획득 할 수 있다.
○ 활용성과 등
- 소형 복합발전시스템의 규격의 표준화를 위한 시제품으로 활용할 수 있다.
- EDLC의 활용을 통한 유지보수의 효율화로 상품의 품질 향상을 도모할 수 있다.
- 개별적인 부품의 상품화로 단기매출 확보하는 계기가 되도록 한다.
- 다양한 부하시험을 통한 부하기준에 따른 사업다각화를 모색한다.
- 다양한 응용장치 개발로 시장 선점 및 확보하는 계기로 만든다.
4. 향후추진계획
○ 상이한 전원을 가진 두 직류전원을 서로 연계시키기 위해 EDLC를 이용하였다. 이를 통해 EDLC를 에너지원의 저장매체로 활용하는 기술을 실험할 계획이다.
○ 복합발전시스템의 지속적인 실증시험을 통해 예측된 설계기술의 타당성을 확보하고 이를 기반으로 한 상품화 전략을 수립한다.
○ 설치된 풍력발전기의 소음, 진동특성을 분석하여 향후 안정된 기구설계기술에 반영하도록 한다.
○ 인증 및 사업성과를 기업의 성과로 연동시키기 위해 실증실험을 통한 기업의 실적화를 후속사업으로 추진할 계획이다.

목차 Contents

• 3. 과제별 세부 집행내역 ...1
• Ⅰ. 조성 금액 ...1
• Ⅱ. 과제개발비 집행내역 ...1
• 개발결과의견서 ...3
• 최종보고요약서 (초록) ...4
• 목 차 ...6
• 제 1 장 서 론 ...8
• 제 1 절 연구개발의 목적 ...8
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ...9
• 제 3 절 산업적 가치 ...9
• 제 2 장 태양광-풍력 복합발전시스템 ...11
• 제 1 절 풍력발전시스템 ...11
• 가. 풍력의 발생 ...11
• 나. 풍력발전의 원리 ...13
• 다. 풍력발전시스템의 종류 ...14
• 라. 풍력발전시스템의 에너지생성 ...17
• 제 2 절 태양광발전시스템 ...21
• 가. 태양전지의 원리 ...21
• 나. 태양전지의 모델링 ...24
• 다. 태양전지의 직병렬연결 ...27
• 라. 태양전지의 전기적 특성 ...29
• 마. 태양광발전시스템의 설계기술 ...34
• 바. 최대출력점 추적제어방식 ...35
• 제 3 장 기상데이터 분석 ...38
• 제 1 절 복합발전시스템 적용에 따른 기상분석 ...38
• 제 2 절 일사량분석 ...39
• 제 3 절 풍속의 분석 ...46
• 제 4 장 EDLC를 적용한 복합발전시스템의 설계 ...49
• 제 1 절 독립형 복합발전시스템 구성 ...49
• 가. 교류 병렬형 복합발전시스템 ...49
• 나. 직류공통 복합발전시스템 ...49
• 다. 복합발전시스템의 전력균형제어 ...50
• 제 2 절 연구개발에 적용된 풍력발전시스템 ...50
• 제 3 절 기술개발에 적용된 태양전지모듈의 특성 ...53
• 제 4 절 에너지저장 장치 및 EDLC ...55
• 가. 2차전지의 특성 ...55
• (1) 연납축전지의 충.전특성 ...55
• (2) 연납축전지 잔존용량 측정법 ...57
• (3) 배터리 용량 산정 ...58
• (4) 연납축전지의 충.방전특성 ...58
• (5) 연구개발에 적용된 배터리 ...59
• 나. 슈퍼캐패시터의 특성 ...60
• (1) EDLC의 개요 ...60
• (2) EDLC의 활용기술과 적용 ...64
• (3) EDLC의 전압 밸런스 회로 ...65
• 제 5 절 LED조명 및 기구설계기술 ...71
• 가. LED 조명장치의 특징 ...71
• 나. 기술개발에 적용된 LED램프의 주요특징 ...73
• 제 6 절 폴 설계 및 콘크리트 기초설비 ...75
• 가. 폴의 구조재료 ...75
• 나. 폴의 설계 ...77
• 다. 콘크리트 기초설계 ...78
• 제 7 절 최적의 복합발전시스템의 구성 ...79
• 가. 복합발전시스템의 출력량 예측 ...80
• 나. 배터리 용량산정 ...82
• 다. 복합발전시스템의 시스템용량 설정 ...84
• 제 5 장 사업의 성과 ...88
• 제 1 절 기술적 성과 ...88
• 제 2 절 경제적 성과 ...88
• 제 3 절 산업.경제적 파급효과 ...89
• 제 6 장 결 론 ...90
• 참고문헌 ...92