초록 ▼

세부과제 Ⅰ : CSP용 고온 열저장재 개발 (II)
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
1. CSP 발전방식은 거울을 이용하여 직달 태양광을 하나의 초점으로 모아 1000℃ 이상의 열을 얻고 이 열을 이용하여 증기기관을 구동시켜 전기를 얻는 장치이다.
2. CSP 발전은 태양광이 지표면에 도달되지 않는 흐린 날이나 밤 동안 발전이 불가능하기 때문에 낮 동안 열저장재에 열을 저장하고 저장된 열을 이용하여 밤에 발전을 하고 있다.
3. 현재 사용하고 있는 열저장재는 NaNO3-KNO3의 2성분계

세부과제 Ⅰ : CSP용 고온 열저장재 개발 (II)
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
1. CSP 발전방식은 거울을 이용하여 직달 태양광을 하나의 초점으로 모아 1000℃ 이상의 열을 얻고 이 열을 이용하여 증기기관을 구동시켜 전기를 얻는 장치이다.
2. CSP 발전은 태양광이 지표면에 도달되지 않는 흐린 날이나 밤 동안 발전이 불가능하기 때문에 낮 동안 열저장재에 열을 저장하고 저장된 열을 이용하여 밤에 발전을 하고 있다.
3. 현재 사용하고 있는 열저장재는 NaNO3-KNO3의 2성분계 무기염으로 어는 온도가 220℃로 높아서 열전달유체로 사용하지 못하고 있다.
4. 250℃에서 550℃ 사이에서 사용되고 있는 무기질 용융염의 융점을 100℃ 이하로 낮추어 액상 무기염을 열저장재와 열유체로 동시에 사용할 수 있도록 할 필요성이 있다.
5. 개발된 용융염의 열적 특성을 측정하고 무기질 용융염을 사용한 열저장장치의 설계 데이터를 확보할 필요가 있다.
6. 본 연구는 융점이 낮은 무기질 용융염 조성을 개발하여 열전달유체로 사용하는 방안을 모색하며, 개발된 용융염을 열저장재로 사용하는 열교환기 개발을 목표로 한다.

세부과제 Ⅱ : 탄소섬유-탄화규소 복합소재 이용 CSP 흡수기 소재 개발
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
○ 태양열발전 흡수기의 고온 특성이 향상된 섬유강화 복합소재 개발을 위해 C₃H₈/N₂, C₃H₈/SiH/sub>4/H₂를 이용한 PyC/SiC multi-coating 연구 및 MSQ 이용 코팅기술 확립
○ Carbon fiber 4-axis filament winding 공정을 이용한 shell (60mmD×100mmH), prepreg wound tube (2.65mmD×100mmH)의 제조기술을 확보하였으며, 이를 이용한 허니컴 형상화 원천기술 공정 확보 및 LSI 공정 이용 CSP용 허니컴 제조 완료
○ 원천기술 확보를 위한 graphite filler 조성별 carbon fabric prepreg 제조 (resin content= 42%) 및 최적 조성 (filler content = 5 wt.%) 확립하여 최적 복합소재 제조조건 도출
○ Si—based Si-Cr alloy 조성별 합금 ingot 제조 및 LSI 복합소재 제조 및 물성 평가를 통해 고온 특성이 향상된 복합소재 제조기술 확보
○ 필라멘트 와인딩 공정 기술 최적화된 115mmOD × 150mmL 크기의 탄소섬유 강화 탄화규소 복합소재 흡수기 제조기술을 확보
○ 흡수기 사용환경 성능평가를 통한 SiO2 표면 석출 문제점 확인 및 이를 최소화하기 위한 미반응 실리콘 열처리 된 흡수기 성능 재평가 수행
○ Si-Cr 합금의 용융침투 공정 적용 복합소재의 기지상 내 균열지연 효과 확인 및 이에 따른 파괴인성 (응력집중계수, KIC) 1.6배 증가 (2.5 MPa·m1/2→ 4 MPa·m1/2)
○ Nickel nitrate hexahydrate 촉매 이용 탄화 공정 적용 1000℃ 흑연화 가능, 이로 인한 페놀 수지 경화도 감소 최소화 연구
○ 탄소섬유-탄화규소질 태양열 흡수기 허니컴 소재 시작품 흡수기 성능평가 결과, 100% open 시 표면온도가 1100℃ 달성
○ 탄소섬유 보강 세라믹 복합소재의 경우, 고온 태양열발전뿐만 아니라 차세대 발전용(IGCC, 풍력발전) 열교환기, 터빈, 노즐 등의 소재, 원자력 및 우주항공용 소재 등으로 활용이 가능한 기술로서 본 연구수행을 통해 고성능, 가격안정성, 고부가가치를 갖는 탄소섬유-세라믹 복합소재 원천기술 국내 최고 위치 선점 가능성 확보
○ 탄소섬유 복합소재 R&D 및 글로벌 네트워크 역량 확보를 통한 기술이전 및 기술사업화와, 탄소섬유 산업과 나노소재 산업간 융합 및 고성능 복합소재 개발 시, 시너지효과 극대화로 신규 소재시장 창출이 가능할 것으로 예상되며, 기술개발 완료 시 에너지ㆍ환경, 우주항공, 자동차 산업 분야 신규 수요산업 창출 전망

세부과제 Ⅲ : 폐 태양광 모듈 유용소재 회수기술 개발
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
∘ 태양광 시장은 2003년 이후 연 평균 30% 이상의 높은 성장률을 나타내고 있으며, 2013년도 세계시장은 약 31GW, 국내시장은 455.8MW 설치/보급된 것으로 조사됨
∘ 태양광 모듈은 통상 20-25년의 수명이 제공되는 바, 최초 태양전지 상용시기를 기준으로 추정할때 2015년부터 상당량의 태양전지 모듈이 폐기되어야 하며, 2030년에 유럽에서만 13만톤에 이를 것으로 추정
∘ 향후 국내에서도 수명이 다한 태양광 모듈량도 급격하게 증가할 것이 당연시되며, 2020년에는 약 4.2MW의 폐모듈 발생이 예상되고, 2028년 이후부터는 1,000site 이상에서 매년 200MW 이상의 태양광 폐기물이 발생할 것으로 추정됨
∘ 이러한 환경문제에 대응하기 위해, EU에서는 2012년 1월 WEEE(Waste Electrical and Electronic Equipment)에서는 폐태양광 모듈도 전기전자폐기물로 공식 지정하여 재활용을 의무화하였기 때문에, 폐 태양광 모듈의 재활용 기술은 이제는 선택이 아닌 필수 기술이 되었음
∘ 재활용 부품소재로 태양광 패널을 하나 만드는데 드는 에너지는 새제품을 만들 때보다 3분의 1 가량 적게 소요될 수 있어 가격경쟁력이 확보되어야 하는 기업체 입장에서는 매우 고무적임.
현재의 유럽 재활용 시스템 수준으로도 Downstream 저가화 없이 신규 태양광 모듈을 0.3$/Wp로 제조 가능한 것으로 분석됨
∘ 2007년부터 유럽에서는 PV CYCLE이라 불리는 비영리단체가 수명이 다한 태양광 모듈을 재활용하는 프로그램을 운용하고 있으며, 2012년에는 예상 처리 모듈보다 1,500톤이 초과됐음에도 불구하고 이익을 창출한 결과를 발표함
∘ 유럽과 미국에서는 이미 폐 태양광 모듈 재활용 프로그램이 운용 중에 있고, 일본은 2015년까지 Kitakyushu지역에 저가/고효율 재활용 시스템을 구축하는 단계에 있지만, 국내에서는 관련 연구는 물론 정책마저 마련되어 있지 않은 실정
∘ 본 연구는 태양광 산업에서 필수 기술이 된 폐 태양광 모듈 재활용에 있어서 핵심인 유용소재 회수기술 및 재모듈화 가능 수준의 고순도화 기술을 개발하는 것으로, 자원순환사회 구현으로 환경적 문제를 해결하는 동시에 태양광 산업의 경쟁력을 향상시킬 수 있음

Abstract ▼

Ⅱ : Development of CSP Receiver Materials Using Cf/C-SiC Composites
Ⅳ. Result and Recommendations
○ PyC-based multi-layer coating using C3H8/N2 and C₃H₈/SiH₄/H₂ gas by LP-CVD and MSQ coating for high toughness and stiffness composite
○ Shell (60mm

Ⅱ : Development of CSP Receiver Materials Using Cf/C-SiC Composites
Ⅳ. Result and Recommendations
○ PyC-based multi-layer coating using C3H8/N2 and C₃H₈/SiH₄/H₂ gas by LP-CVD and MSQ coating for high toughness and stiffness composite
○ Shell (60mmD×100mmH) and prepreg wound tube (2.65mmD×100mmH) are manufactured by carbon fiber 4-axis filament winding technology. Through this preform manufacturing technology, the CSP honeycomb was obtained by LSI process.
○ The optimized graphite filler (filler content = 5 wt.%) added carbon fabric prepreg (resin content = 42%) was manufactured and the mechanical properties were evaluated according to graphite filler contents in prepreg.
○ Si—based Si-Cr alloy ingot was manufactured for infiltration process and alloyed composite manufacturing technology also developed that material showed higher mechanical properties.
○ 115mmOD × 150mmL size carbon fiber reinforced SiC composite absorber had been fabricated by optimized filament winding technology.
○ SiO2 precipitation occurrence at surface had been observed during practical environment condition exposure test to composite absorber and heat treated composite absorber that minimized excess free Si is under re-evaluation.
○ Reflective crack propagation phenomenon had been observed and fracture toughness also increased about 1.6 times in Si-Cr alloy infiltrated composite (2.5 MPa·ms^1/2→4 MPa·m^1/2).
○ 1000℃ graphitization had been available by applying nickel nitrate hexahydrate catalyst and further process technology development for increasing curing ratio with catalyst is needed.
○ In performance test, receiver surface temperature was reached near by 1100℃ when solar gate opened 100%.
○ Through the research program advanced carbon fiber reinforced SiC composite was developed that could be applied for IGCC, heat exchanger, turbine and nozzles.
○ This research program has possibility to dominate the market in advance that connected fields of carbon and nano technology industries. The market size will be increased and technology could create new market field such as energy, environment, aerospace and automobile after completion of development.