• Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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• 2017.04a
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• pp.125-125
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• 2017

본 연구에서 원추형 태양열 집광기의 흡수관 표면의 흑색 도색 여부에 따른 효율분석을 수행하였다. 원추형 집광기 시스템은 열 손실 최소화 및 집광비가 우수한 $45^{\circ}$의 원추각을 갖는 원추형 집광기를 설계 및 제작하였다. 원추형 태양열 집광시스템은 열매체 축열을 위한 온도센서가 내장된 축열조와 태양에너지를 집열시키는 원추형 집광기, 유량측정을 위한 유량계, 열매체의 강제순환을 위한 펌프로 구성되어있다. 또한 지속적인 태양추적을 위해 2축 태양 추적 장치를 설치하였다. 흡수관은 원추형 집광기의 중심부에 설비되었으며, 열매체의 순환을 위해 이중 열교환기 구조로 제작되었다. 흡수관의 길이는 열 손실을 최소화하기 위하여 집광기의 높이와 동일하게 설계하였다. 원추형 집광시스템의 작동유체인 물은 펌프에 의해 흡수관과 축열조를 강제순환 하게되고, 용량이 70L인 축열조에 흡수관으로부터 흡수된 태양 복사열이 저장된다. 원추형 집광시스템의 성능실험은 청명한 날 유량 2L/min, 4L/min, 6L/min에 대해 수행되었으며, 집열효율을 계산하여 비교 및 분석하였다. 흑색으로 도색된 흡수기를 부착한 원추형 집광시스템의 집열효율은 82.25%로 나타났으며, 무 도색 흡수관을 갖는 원추형 집광시스템은 73.26%의 집열효율을 나타내었다. 따라서 본 연구를 통해 흡수관 표면의 흑색 도색이 원추형 집광시스템의 집열효율에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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• 2017.04a
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• pp.124-124
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• 2017

본 연구에서 원추형 집광기와 CPV셀을 기반으로 한 태양광-열(CPV/T) 복합시스템의 설계 및 제작과정을 다룬다. 원추형 집광기의 경우, 이론적 해석을 통하여 최고의 집열효율을 갖는 원추각 45도의 집광기 4개를 결합하여 사용하였다. 원추형 복합시스템은 태양에너지를 집열하여 열에너지를 생산하는 집광기와 작동유체의 순환을 위해 이중 구조로 제작된 흡수기, 집광된 태양으로부터 전기에너지를 생산하는 CPV셀 등으로 구성되어 있다. 효율적인 태양복사열 집광을 위해 태양 위치에 따라 고도각과 방위각을 추적할 수 있는 2축 태양추적장치를 설비하였다. CPV셀은 원추형 집광기의 중심부에 위치한 이중 흡수관의 고집광부인 상단부에 위치하였으며, CPV셀의 결함을 방지하고, 부가적 태양광 집광을 위해 2차 보조 집광기를 부착하였다. 본 논문에서 소개하는 원추형 CPV/T 복합 시스템은 기존 원추형 시스템에 CPV 셀을 부착하여 전기와 열을 동시에 생산 할 수 있으며, 생산된 전기에너지와 열에너지를 이용하여 온실재배의 난방 문제, 운영비용 절약 등 다양하게 농업 분야에 적용가능하다. 특히, 원추형 복합시스템은 설계 및 제작에 있어 쉽고 간결하며, 제작 단가가 낮다는 점에서 보급에 이점이 있을 것으로 사료된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.68-68
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• 2011

본 연구에서는 PV cell이 직달 일사에 노출되는 경우와 집광된 태양광에 조사되는 경우의 성능을 비교하는 한편 집광기의 형태에 따른 열적 성능을 검토하고자 하였다. PV cell은 본질적으로 반도체의 특성을 가지므로 작동온도의 상승에 따라 성능이 저하된다는 사실이 알려져 있으며, 태양조사의 강도 및 밀도 등 특성에 따라서도 성능의 변화를 예상할 수 있다. 그러나 이러한 성능변화에 관련된 인자들과 그 영향의 크기에 대한 정량적인 기술자료가 부족하므로 설치와 이용에 한계가 있는 것이 현실이다. 인공태양 장치(solar simulator)를 이용하여 0.7에서 1.2 sun 범위의 태양 조사 환경에서 결정질 실리콘계 PV cell과 집광형 PV cell의 성능을 검토하였다. 집광에 사용한 PTC는 집광면적의 폭이 500 mm이며, 집광 조사면적이 최소 10 mm인 경우 이론적 최대 집광비가 50이었다. PTC의 축방향으로는 균일한 태양조사가 있게된다는 것을 가정하여 모델의 길이는 간편한 실험을 위해 150에서 500 mm의 범위에서 제작하였다. 수평으로 놓인 PTC의 상부 초점 위치로부터 집광면이 아래 쪽에 위치할수록 집광 조사 면적이 증가하므로 PV cell의 크기에 따라 PTC 초점의 위치로부터 거리를 결정하였다. 한편, PTC 자체의 성능도 촛점거리와 집광면 폭의 비에 따라 달라질 수 있다는 가정 하에, 포물면의 최저 위치로부터 촛점거리는 각각 300, 400 및 500 mm가 되도록 세가지 형태를 제작하여 사용하였다. 동일한 형태의 PTC에서 PV cell의 동일한 설치 위치에서도 최고 $110^{\circ}C$ 범위의 PV cell의 작동 (표면) 온도에 따른 성능의 차이를 관찰하기 위해 셀의 후면을 냉각시키는 경우와 그렇지 않은 경우를 비교하였다. PV cell의 표면 온도 측정을 위해서, 후면의 온도와 같이 광선 차단 효과의 우려가 없는 경우에는 열전대를 설치하였으며, 셀의 전면 온도 측정을 위해서는 비접촉식 적외선 온도계를 사용하였다. 냉각 방법으로는 공기를 이용한 자연대류와 액체를 사용하는 강제대류의 경우를 고려하였으며, 필요에 따라 적절히 설계된 히트싱크를 설치하여 비교 실험을 진행하였다. 강제대류 냉각의 경우는 항온조를 사용하여 순환하는 냉각수의 유량과 공급온도를 변화시킴으로써 PV cell의 작동온도를 조절하고, 이에 따른 발전 성능의 변화를 관찰하였다. 본 연구에서 도출한 실험 및 분석 결과는 PV cell의 설치 환경과 작동온도의 변화에 따라 그 성능 변화를 예측할 수 있는 기술적 자료를 제공함으로써 에너지 이용의 합리화를 도모하는데 기여할 수 있을 것이다.

• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
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• v.2 no.2
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• pp.21-28
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• 2016

3족과 5족 물질로 구성된 III-V 고효율 화합물 태양전지는 태양광 스펙트럼에 대한 많은 파장영역대의 빛을 흡수할 수 있는 장점을 갖고 있어 지구상에서 만든 태양전지 중 가장 효율이 높다. 그러나, III-V 화합물 물질은 실리콘 보다 고가의 비용이 들므로 이를 극복하기 위해서 집광렌즈 및 빛을 추적하기 위한 추적기 등 집광시스템으로 구성되어야 한다. 본고에서는 고효율의 III-V 화합물 태양전지의 현재 기술개발동향 및 고효율 저가화를 위한 방안으로 기판재활용 기술, 태양광 태양열 복합활용 시스템 및 소형집광모듈 등을 소개하고자 한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.10
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• pp.989-996
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• 2011

An understanding of the concentrated solar flux is critical for the analysis and design of solar-energy-utilization systems. The current work focuses on the development of an algorithm that uses the Monte Carlo ray-tracing method with excellent flexibility and expandability; this method considers both solar limb darkening and the surface slope error of reflectors, thereby analyzing the solar flux. A comparison of the modeling results with measurements at the solar furnace in Korea Institute of Energy Research (KIER) show good agreement within a measurement uncertainty of 10%. The model evaluates the concentration performance of the KIER solar furnace with a tracking accuracy of 2 mrad and a maximum attainable concentration ratio of 4400 sun. Flux variations according to measurement position and flux distributions depending on acceptance angles provide detailed information for the design of chemical reactors or secondary concentrators.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.38 no.11
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• pp.907-914
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• 2014

The objective of this study was to increase the generating efficiency of concentrated photovoltaics (CPV) by using hybrid solar tracking. Further, the proposed system was demonstrated to have the ability to extract thermal energy from a concentrated photovoltaic system by using thermal absorbers containing heat pipe, which could then be used for a heating system or hot-water supply. The average electrical efficiency was 16 during the day, and the average thermal efficiency was 62. Therefore, this system demonstrated a total efficiency (electrical thermal) of 78. All the processes, i.e., tracking of the sun, calculation of the sun's position, reinstatement of the heating device toward the east for tracking on the next day, and system shutdown, were programmed using Simulink. A parametric analysis of the heat pipe, concentration ratio, and inlet velocity was also performed in terms of the operating temperature of the CPV and the outlet temperature. The simulation and experimental results for the thermal absorber were found to be in good agreement.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.39 no.12
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• pp.927-934
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• 2015

In this study, we numerically investigated the concentration characteristics of a linear Fresnel reflector system that can drive a solar thermal absorption refrigeration system to be installed in Saudi Arabia. Using an optical modeling program based on the Monte Carlo ray-tracing method, we simulated the concentrated solar flux, concentration efficiency, and concentrated solar energy on four representative days of the year - the vernal equinox, summer solstice, autumnal equinox, and winter solstice. Except the winter solstice, the concentrations were approximately steady from 9 AM to 15 PM, and the concentration efficiencies exceed 70%. Moreover, the maximum solar flux around the solar receiver center changes only within the range of $13.0{\sim}14.6kW/m^2$. When we investigated the effects of the receiver installation height, reflector width, and reflector gap, the optimal receiver installation height was found to be 5 m. A smaller reflector width had a greater concentration efficiency. However, the design of the reflector width should be based on the capacity of the refrigeration system because it dominantly affects the concentrated solar energy. The present study was an essential prerequisite for thermal analyses of the solar receiver. Thus, an optical-thermal integration study in the future will assist with the performance prediction and design of the entire system.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.422-426
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• 2005

This experimental study represents the results of an analysis on the characteristics of flux density distribution in the focal region of solar concentrator. The characteristics of flux density distributions are investigated to optimally design and position a cavity receiver. This was deemed very useful to find and correct various errors associated with a dish concentrator. We estimated the flux density distribution on the target placed along with focal lengths from the dish vertex to experimentally determine the focal length. It is observed that the actual focal point exists when the focal length is 2.17m. The total integrated power and percent power was 2467W and $85.8\%$, respectively, in the case of small dish, and also 2095W and $79\%$, respectively, in the case of KIERDISH II. As a result of the percent power within radius, approximately $90\%$ of the incident radiation is intercepted by about 0.06 m radius. The minimum radius of receiver in KIERDISH II is found to be 0.15m and approximately $90\%$ of the incident radiation is intercepted by receiver aperture.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.38 no.1
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• pp.49-56
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• 2014

In this study, the generation efficiency of the limited area of a concentrator solar cell was increased by using a solar concentrator and a tracking device. Heat generated by the solar cell was collected using a thermal absorber for supplying hot water or heating. Thus, the concentrator solar cell system provided electricity and heat simultaneously. Tracking of the sun by detecting the sun's position, repositioning of heating device towards the east after sunset, and shutting down of system after sunset were successfully implemented using an illuminance sensor (CdS) and Simulink, a commercial software package. We performed parametric analysis of the velocity, fin installation, and entrance location with respect to the operating temperature of the concentrator solar cell. A heat transfer simulation model was developed for comparing the actual temperature profiles of the concentrator solar cell and thermal absorber, and good agreement was found between the results of the simulations and the experiments.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.11a
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• pp.684-687
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• 2005

KIER has been running a demonstration project for 10kWe solar thermal power generation. the project is to build and operate the first solar thermal power generation system in Korea. For concentrating solar thermal energy $40m^2$ dish type concentrator was adapted and a stirling engine is going to be integrated to the system for power production. At the moment building the dish concentrator including mirror and sun tracking system was completed and it's performance are being closely evaluated. This paper will introduce some detailed designs and construction procedures which we have experienced so far.