Heliostat, as a mirror system tracking the sun's movement, is the most important subsystem determining the efficiency of solar thermal power plant. Thus the accurate sun tracking performance under the various hazardous operating condition, is required. This study presents a methodology of development of the solar ray tracing technique and the application of it in the analysis of sun tracking error due to the heliostat geometrical errors. The geometrical errors considered here are the azimuth axis tilting error and the elevation axis tilting error. We first analyze the geometry of solar ray reflected from the heliostat. Then the point on the receiver, where the solar ray reflected from the heliostat is landed, is computed and compared with the original intended point, which represents the sun tracking error. The result obtained shows that the effect of geometrical error on the sun tracking performance is varying with time(season) and the heliostat location. It also shows that the heliostat located near the solar tower has larger sun tracking error than that of the heliostat located farther.
In this paper. a prototype of a mobile Sun tracking system is proposed. The proposed system uses 2-axis tilt sensor and 3-axis magnetic sensor to measure the orientation and the posture of the system according to the horizontal system of coordinates, which are used to compensate the slope effects. Then through astronomical calculation using the time and position information obtained by GPS sensor the azimuth and altitude of the Sun from that location is calculated. The position of the Sun is converted to that of the mobile Sun tracking system coordinates and used to control A-axis and C-axis of the system.
태양광을 이용한 태양광 발전시스템은 태양을 정면으로 바라 볼 때 가장 큰 효율을 얻을 수 있다. 즉, 태양의 위치에 대한 집광판(PV; Photovoltic)의 법선벡터를 일치시켜야 가장 높은 효율을 얻게 된다. 본 논문에서는 시간의 변화에 따라 태양의 이동경로를 추적할 수 있도록 태양의 그림자를 판독할 수 있는 8개의 CdS 센서 모듈을 통하여 태양의 위치를 판독하여 태양의 위치를 추적할 수 있는 시스템을 제시하고자 한다. 태양광 추적시스템의 퍼지제어기(fuzzy controller)는 퍼지 입력공간에 대한 격자형 퍼지분할(grid-type fuzzy partition) 영역으로 분할한 후 퍼지규칙(fuzzy rule)을 수립하여 시스템을 제어하도록 설계하였다. 본 논문에서는 태양광 추적을 위한 간단한 모형의 2축 제어시스템을 구성하였으며, CdS 모듈의 좌표축과 집광판의 좌표축을 일치시키도록 구성하였다. 이러한 시스템은 고정된 장소 및 선박과 같은 이동하는 환경에 효과적으로 태양광을 추적할 수 있는 지능형 퍼지제어기의 적용가능 성을 제시하고자 한다.
태양광 패널로부터 출력을 최대로 얻기 위해서는 신뢰성이 높은 태양광 추적 장치가 설계되어야 한다. 본 논문에서는 LabVIEW 프로그램을 이용하여 퍼지 제어를 기반으로 구현한 2축 태양광 추적 장치 시스템을 제작하여 그 성능에 대해서 알아보았다. 태양광 패널의 움직임을 제어하기 위한 구현된 퍼지 의사결정 시스템의 사용자 인터페이스를 통하여 모든 파라미터를 제어하고 확인할 수 있는 지능제어기와 기계적인 구동부분의 설계가 연구의 중심이 되고 있다. 실제 태양광 추적시스템을 개발하여 환경, 날씨, 계절 및 빛 상태와 같은 영향에 대해서 분석하였다. 태양광 추적장치는 실제 상황에서 시험하였고 시스템 동작과 관련된 모든 변수들은 기록되고 분석되었다. 제안한 태양광 추적시스템을 활용할 경우 고정식 패널에 비해 날씨에 따라 다르지만 최대 약 38% 정도의 더 높은 효율을 얻을 수 있어 자동으로 추적할 때 매우 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 태양과 태양전지 모듈이 법선을 이루도록 기존에 태양의 방위각 및 고도각을 제어하는 양축 추적시스템에 2개의 센서를 사용하였던 Double-sensor방식에서 1개의 센서로 방위각 및 고도각을 제어할 수 있는 One-sensor방식의 양축 추적시스템을 제안하였다. 그리고 제안한 추적시스템을 제작하여 시스템의 실제 운전을 실행하였다. 제안한 추적시스템은 1개의 센서를 이용하여 태양이 항상 법선을 이루면서 태양전지 모듈에 입사되게 제어하기 위해 방위각과 고도각을 제어하는 양축 추적시스템이다. 실험결과 가장 효율적인 운전과 불필요한 구동부의 동작을 방지하여 전력소모를 감소할 수 있었으며 고정식에 비해 본 논문에서 제안한 One-sensor방식의 양축 추적시스템이 약 23[%]의 발전효율이 증가함을 확인 할 수 있었다. 태양을 추적하여 더 많은 햇빛을 받게 하여 태양전지의 효율을 높이기 위하여 행해진 추적장치는 대형 방식에 많은 연구가 진행되어 왔다. 따라서 본 논문의 태양위치추적의 모니터링 시스템을 구축하여 지속적인 발전효율에 대한 실용화 연구를 통해 태양광발전시스템 보급에 큰 역할을 할 것이라 기대된다.
Recently, the energy has been used much more than ever, but there has been many problems including atmospheric pollution. So we need alternative energy resources, which are solar heat, solar light, wind power, small water power, etc. The field, which is most popular these days, is the energy source by solar light which transform electric energy using the solar cell and it is available with many researches. In this paper, we manufactured the solar power generation system over 90W using solar module which was 9.90V for Voc, 0.93 A for Isc, 8.64 V for Vmp, 0.75 A for Imp, 6.5 W for power. System was controlled by step motor with worm gear to operate optimum condition between $0^{\circ}{\sim}70^{\circ}$ angle. This system was very effective in tracking space use because it need less space than general solar module.
The work presented here is a design and development of sun tracking system for the parabolic dish concentrator. Parabolic dish concentrator is mounted on azimuth and elevation tracking mechanism, and controlled to track the sun with computed and measured sun positions. Sun tracking mechanism is composed of 1/30000 speed reducer(3 stages) and 400W AC servomotor for each axis. The nominal tracking speed of each axis is ${\pm}0.6^{\circ}/sec$ and the system has a driving range of $340^{\circ}$ in azimuth and of $135^{\circ}$ in elevation. Sun tracking control system consists of sun sensor, wind speed and direction measurement system, AC servomotor position control system and personal computer as a master controller. Sun sensor detects the sun located within ${\pm}50^{\circ}$ measured from the sun sensor normal direction. Computer computes the sun position, sunrise and sunset times and controls the orientation of parabolic dish concentrator through the AC servomotor position control system. It also makes a decision of whether the system should follow the sun or not based on the information collected from sun sensor and wind speed and direction measurement system. The sun tracking system developed in this work is implemented for the experimental work and shows a good sun tracking performance.
본 논문에서는 단축과 2축 회전형추적시스템의 장점을 가진 시간 제어 극축회전형(Chronological Polar axis tracking) 태양광추적발전시스템에 대한 연구결과를 보여주고 있다. 천체 망원경의 별 추적 방식과 같은 시간 제어 극축 회전 방식으로 태양 추적방법의 정밀도를 높이면서 제어를 간소화하였고 계절 변화에 따른 태양 남중고도의 변화를 패널이 동시 추적 가능하도록 하였다. 향후 집광형태양광발전시스템에 적용가능성을 보였다.
Michalsky의 방위각, 고도각, 일출/일몰시각에 대한 태양위치 계산은 국립천문대의 태양위치 정보와 비교했을 때, 최대 각각 $1.5^{\circ}$, $0.88^{\circ}$, 2분 이내의 오차로서 비교적 정확하였다. 현재 시각과 설치위치(경도, 위도)에 대하여 BLDC 모터-실린더를 구동하여 홀센서 위치 피드백으로 Michalsky의 계산식의 태양의 고도각과 방위각을 제어하는 양축 태양광 추적장치를 개발하였다. BLDC 모터의 사용으로 유지보수가 우수하며, 홀센서로 위치피드백으로 모터의 정밀한 위치결정제어가 가능하며, 또한 원점복귀기능으로 누적 오차를 최소화한다.
2층 트레킹 방식을 적용한 PV 태양광 발전 유닛은 고정형에 비해 동일 면적의 패널로 140% 이상의 발전 출력을 얻을 수 있다는 것이 밝혀져 있다. 그러나 이 방식은 고정형 또는 1축 제어방식에 비해 트레킹 기구가 복잡하고 제어전력이 커서 소 출력 PV 유닛에 있어서는 상대적으로 불리하다. 본 논문에서는 소형 PV 발전유닛의 경제성을 개선하는 방법으로 복수개의 소 출력 PV 유닛을 묶어서 1개소의 중앙제어장치에서 간헐식으로 원격제어 함으로써 각 유닛의 트레킹 관련 기구를 간소화 시키는 동시에 제어전력을 경감 시킬 수 있음을 소개한다. 또한 대규모의 PV 발전 플랜트를 건설하기 어려운 환경에서 적합한 방식으로 활용할 수 있음을 소개한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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