신재생에너지 분야 중 특히 태양에너지를 이용하는 분야는 자원의 무한 및 청정성 때문에 그 사용량이 증가 추세에 있다. 우리나라에서 태양열에너지의 이용률이 전체 에너지 사용량 중 아직 미미한 실정이지만, 근래 정부의 정책적 지원에 힘입어 이 분야에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구는 외부 날씨의 영향을 받지 않고 실내에서 안정적으로 태양열집열기에 관한 실험을 수행할 수 있는 태양열집열기 성능검사 시스템을 구축하고 또한 새로운 형태의 열사이폰관형 태양열집열기를 연구 개발하여 기존의 이중진공관형 태양열집열기와 집열효율을 비교하고자 하였다. 그 결과 할로겐 램프를 이용한 실내 측정의 경우, 열사이폰관형 태양열집열기의 집열효율이 이중진공관형 태양열집열기보다 120분 직후 약 15~22% 증가하였다. 또한 실제 태양을 이용한 실외 측정의 경우도 열사이폰관 형 집열기가 이중진공관형 집열기보다 최대 약 46% 높았다.
진공관형 태양열집열기의 집열성능 및 집열특성 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1) 집열성능 실험을 통하여 진공관형 태양열집열기의 순간집열효율이 60%로 높게 나타났다. 2) 진공관형 태양열집열기의 집열특성 실험에 의해 얻어진 결론은 다음과 같다. \circled1 경사각 0$^{\circ}$일 때 집열기에 조사된 광 강도는 630W/m$^2$이었으며, 5시간 24분의 광 조사 후 초기온도에 비해 물탱크내의 물 132$\ell$를 8.1$^{\circ}C$ 상승시켰다. \circled2 경사각 $10^{\circ}$일 때 광강도는 615W/m$^2$이었으며, 5시간 24분의 광 조사 후 초기온도에 비해 물탱크내의 물의 온도를 7.3$^{\circ}C$ 상승시켰다. \circled3 경사각 20$^{\circ}$일 때 광 강도는 605W/m$^2$이었으며, 5시간 24분의 광 조사 후 초기온도에 비해 물탱크의 물 132$\ell$을 6.6$^{\circ}C$ 상승시켰다. 집열기에 대한 솔라시뮬레이터의 경사각이 작을수록 광 강도가 커 물탱크내의 물 온도를 크게 상승시키는 것으로 나타났다.
태양열 에너지는 우리나라의 전체 에너지에서 차지하는 비율은 아직 미미하지만, 근래 이 분야에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구는 외부 날씨의 영향을 받지 않고 실내에서 안정적으로 태양열집열기에 관한 실험을 수행할 수 있는 태양열집열기 성능검사 시스템을 구축하고 새로운 형태의 태양열집열기를 연구 개발하기 위한 기초자료를 얻는데 있다. 이를 위해 태양열집열기 성능검사 시스템에 대한 CATIA 설계 및 제작을 거쳐 성능검사를 실시하였으며, 본 시스템에 장착된 이중진공관 집열기에 대한 수치해석을 수행하였다. 실험 결과 태양열집열기 성능검사 시스템의 설정온도차(${\Delta}T$)의 증가에 따라 작동회수는 감소하지만 총 작동시간은 모든 경우에 거의 동일함을 알 수 있었다. 또한 수치해석 결과 태양열흡수부의 온도가 높을수록 집열기 중심에서의 온도 감소율이 증가하는 것을 알 수 있었다.
This paper presents demonstration study results derived through field testing of a solar assisted cooling and heating system for the library of a cultural center building located in Gwangju, Korea. The area of demanded cooling and heating for building was about 350m2. Solar hot water was delivered by means of a 200m2 array of evacuated tubular solar collector (ETSC) to drive a single-effect (LiBr/H2O) absorption chiller of 10RT nominal cooling capacity. From March in 2008 to February in 2009, demonstration test were performed for solar cooling and heating system. After experiments and analysis, this study found that solar thermal system was 84% for the solar hot water supply and 12% for space heating and 4% for space cooling.
국내 소비 에너지 사용량의 약 97%를 수입에 의존하고 있고, 지구온난화와 관련된 환경문제가 심각하게 대두되고 있는 실정이다. 또한 우리나라 에너지 부문별 소비형태에서 47%를 차지하는 산업용의 에너지 소비는 대부분 유류애 의존하고 있고, 그 중에서도 제조부분의 소비가 91.5%로 나타나고 있어, 이 부분에 대체어네지원의 개발, 대체 시스템의 적용이 절실히 요구되고 있다. 우리 나라에서도 국가적 에너지 절약과 쾌적한 주거환경 및 생활의 편리함을 위해 기존 화석에너지로부터 무공해 청정에너지(Clean Energy)로 그 사용형태가 바뀌어 가는 지금 그 양과 질적인 면에서 무한정이고 무공해인 대체 에너지원으로서의 태양에너지는 다양한 이용분야가 개발되어 실용화되고 있다. 국�K의 경우 대표적으로 평판형 태양열집열기를 이용한 온수급탕 시스템을 들 수 있고, 냉난방, 산업공정열 및 태양열 발전 분야에 대한 실용화 및 타당성 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 고에서는 태양열 시스템의 중요한 구성요소인 고효율 집열기술에서 산업용 응용($70{\sim}150^{\circ}C$)에 적합한 것으로 기대되는 진공유리관형 태양열집열기, 국내 외 기술개발 동향과 산업공정열의 대체 가능성에 대하여 기술하였다.
This study was carried out to compare the thermal performance and operating characteristics of evacuated tubular solar collector(ETSC) with different working fluid. The evacuated tubular solar collectors with different working fluid of heat pipe were investigated in the same operating condition for a indoor experiment equipment. First, the result of working fluid with Water showed that $F_R({\tau}{\alpha})$ was 0.6636 and $F_RU_L$ was -1.8457 Second, Ethanol showed that $F_R({\tau}{\alpha})$ was 0.6147 and $F_RU_L$ was -0.6365. Third, Flutec-pp9 showed that $F_R({\tau}{\alpha})$ was 0.515 and $F_RU_L$ was -3.2313. Finally MA's showed that $F_R({\tau}{\alpha})$ was 0.6572 and $F_RU_L$ was -2.0086.
The purpose of this study was experimentally to investigate thermal performance of heat pipe for evacuated tubular solar collector. Two sets of evacuated tubular solar collector with different condenser shape of heat pipe were prepared. The experiments were performed under the same operating condition with an indoor testing apparatus. Also, the experiments were carried out various testing conditions including inclination, flow rate, and incident heat flux. The results of thermal performance of collector with enlarged condenser showed that $F_R({\tau}{\alpha})$ was 0.6572 and $F_RU_L$ was -2.0086 at $40^{\circ}$. And the results of thermal performance of collector with straight condenser showed that $F_R({\tau}{\alpha})$ was 0.6233 and $F_RU_L$ was -1.4996 at the same inclined angle.
In this research, to develop the practical application system of fresh water generation system with plate-type fresh water generator using low pressure evaporation method is the main object, and to do that, this study used the evacuated solar collector with operating range of about $50-85^{\circ}C$ as thermal energy source and solar photovoltaic as electric energy source. To achieve that object, this study set up the demo-plant, then estimated and analyzed the usefulness, the safety, and the reliability through pre-tests during short time ahead of the long-time operation. This study showed that the pumps, which are including sea water supply, ejector, hot water supply, and fresh water pumps, were operated one after another. And, the fresh water yield was closely related with the solar irradiance and lower supply temperature of hot water was revealed more reasonable for the solar energy desalination system. That is due to the insufficient area than the solar collector area being required that was estimated through the performance tests of the fresh water generator.
To demonstrate the desalination system, the demo-plant was scheduled to be installed. The system was planned to use solar thermal collector as heat source and PV as electricity source. For the design of the desalination demonstration system, firstly the solar thermal system would be well designed from the result between the supplied heat into the fresh water generator and the fresh water yield. The generator for demonstration system was chosen as the fresh water generator of the single stage and effect with plate-type heat exchanger using low pressure evaporation method. The test facility for the tests to reveal the relationship between the fresh water yield and the supplied heat flow rate was designed and manufactured. The maximum fresh water yield of two fresh water generators applied in this study was designed as 1.5 Ton/day. The parameters relating with the performance of fresh water generator are known as sea water inlet temperature, hot water inlet temperature, and hot water flow rate. Through the experiments, this study firstly showed detail operation characteristics of the generator and designed the solar thermal system for the demonstration system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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