A solar air heater was designed for supplementary domestic heating. The absorber plate had a series of protruding notches which had triangular openings on the front surface of the absorber plate to direct partial air flow to the rear surface and to enhance the convective heat transfer to the flowing air. The height of the opening as well as the opening configuration was determined by preceding numerical simulations. The experimental model had an absorber plate of 0.78-m width and 1.0-m length which was coated with black paint. The air temperature increased as much as $18^{\circ}C$ for $90-m^3/h$ flow rate when the absorber plate was inclined by $45^{\circ}$ for a clear-day solar irradiation of about $906W/m^2$. The collector efficiency ranged from 69 to 74%. Considering the simplicity of the structure and low manufacturing cost, the solar air heater might have competence as an auxiliary heating device for domestic use. On-site experimental results are presented with discussion for various solar irradiations and air flow conditions.
Stirling engine for solar thermal power is an essential part of Dish-Stirling system which generates electricity by using direct normal irradiation and will go into commercialization in near future. For the Stirling engine used in this study is Solo 161 model the capacity of which is 10 kWe and was already used for the Dish-Stirling system of KIER in Jinhae. The receiver of Stirling engine absorbes concentrated solar radiation and transfer it to working fluid of Hydrogen. The working condition of striling engine is high temperature and high pressure to make high efficiency. Therefore the receiver should stand against high temperature of above 800 $^{\circ}C$ and high pressure of max. 150 bar with good performance of heat transfer. The receiver is composed of 78 Inconel tubes of 1/8" with thickness of 0.71 mm and two reserviors which is connected with two cylinders. In order to know the charaterristics of heat transfer of Stirling engine receiver, simulation on the heat transfer of the receiver of Solo 161 is conducted by using CFD code of Fluent. The heat flux on the receiver surface has a shape of Gaussian distribution so, it is necessary to simulate a whole receiver. However, It is difficult and time consuming to simulate the whole receiver that one tube with different heat flux conditions are considered in this study. From the simulation results, heat transfer charateristics of receiver are observed and tube wall and fluid temperature and heat transfer coefficient are obtained and compared with the calculated results from Dittus-Boelter's correlation.
Due to uncontrollability and non-repeatability of natural irradiation and temperature, the solar array simulator (SAS) is required to conduct the MPPT power processing experiments precisely. However, the nonlinearity of PV curve characteristic is a crucial task for the control of SAS. In the literature, this issue is addressed by many authors and various methods are proposed. However, stability analysis of SAS is not enough to evaluate the control performance. In this paper, the limitations of conventional SAS are studied according to the small signal model. By using the proposed approach, the performance of two different control method for SAS system are analyzed and compared.
In order to develop commercial model of 10kW dish-Stirling solar thermal power system, modification for the exiting facility was taken for a year as a Leading Project in KIER. During the project, solar tracking system, control and monitoring system and high durability reflector were developed and long term operation were performed. The solar tracking system was tested for four months to investigate the degree of precision and adapted to the control system for an actual operation from October in 2009. The sun tracking accuracy of ${\pm}4$ mrad using modified control system was obtained and the system operated successfully during the experimental period. The monitoring system displays engine pressure, electric generation amounts, generator RPM, receiver temperatures, and etc. from Stirling engine and weather data of Direct Normal Irradiation, Horizontal Global Insolation, wind speed & direction, and atmosphere temperature from weather station. According to the operating results in a clear sky day, electric power of 6,890 W was generated at the DNI value of 850 W/$m^2$ and the averaged solar-to-electricity efficiency during a whole day reached to 18.99%. From the overall operating results, linear power generation trend could be observed with increasing DNI value. The solar-to-electricity efficiency achieved to 19% around the DNI value of 700 W/$m^2$ and increased to 20% when the DNI value goes up to 900 W/$m^2$.
본 논문은 대기층을 통한 파장별 태양복사를 고려한 3차원 지상 물체의 표면 온도 분포를 예측하는 소프트웨어를 개발하는데 도움을 줄 것이다. 다양한 가스로 구성된 대기층을 통과하는 파장별 태양복사 에너지를 계산하기 위해서 LOWTRAN7을 이용하였으며, 여기서 얻어진 결과는 파장별 흡수 또는 총괄흡수 방식으로 에너지보존방정식에 반영하였다. 원통형 물체 위의 시간별 표면온도 분포를 나타내기 위해서 준 내재적 방법을 사용하여 계산하였으며 물체의 파장별 표면 복사 특성을 이용하기 위해서 태양복사를 흡수하거나 물체의 표면 방사가 이루어지는 모델을 사용하였다. 본 논문에서는 개발된 S/W의 성능 향상을 위하여 파장별 태양복사 분석 방법과 총괄태양복사 분석 방법을 각각 적용하여 본 결과 이들 두 방법 사이에는 약 3% 이내의 차이를 나타내었으나 두 방법 모두 실용적 관점에서 충분한 결과를 나타내었음을 알 수 있었다.
Variable step size maximum power point trackers (MPPTs) are widely used in photovoltaic (PV) systems to extract the peak array power which depends on solar irradiation and array temperature. One essential factor which judges system dynamics and steady state performances is the scaling factor (N), which is used to update the controlling equation in the tracking algorithm to determine a new duty cycle. This paper proposes a novel stability study of variable step size incremental resistance maximum power point tracking (INR MPPT). The main contribution of this analysis appears when developing the overall small signal model of the PV system. Therefore, by using linear control theory, the boundary value of the scaling factor can be determined. The theoretical analysis and the design principle of the proposed stability analysis have been validated using MATLAB simulations, and experimentally using a fixed point digital signal processor (TMS320F2808).
타워형 태양열 발전용 체적식 공기흡수기의 열전달 성능 해석을 수행하였다. 타당한 관련문헌에 기초하여 채널 한 개의 벽과 공기 온도분포를 지정된 기하학적 크기와 입력조건에서 예측 할 수 있는 계산과정들이 제시되었다. 더 나아가서 흡수기 유용도의 수학적 모델이 온도프로파일 해석을 통해 유일하게 제시되었다. 흡수기 재질은 실리콘 카바이드이다. 공기 흐름을 유도하는 정사각형 직선채널 크기는 $2mm(W){\times}2mm(H){\times}0.2mm(t){\times}320mm(L)$이며, 모듈 한 개에는 225 개의 채널이 성형되었다. 일정한 일사량 및 공기유량 가정하에서 채널과 모듈 수의 변화에 따른 열전달량, 온도분포 및 유용도 추이가 제시되었다. 태양열 발전에 응용하기 위해서는 흡수기 출구 공기온도가 $700^{\circ}C$ 이상에 도달하여야 한다. 본 수치모델은 200 kW 급 타워형 태양열 공기흡수기의 설계에 사용되었으며, 지정된 기하학적 조건과 입력조건에서 요구되는 열전달 성능을을 만족하는 모듈 수를 얻을 수 있었다.
서울 시내를 비롯한 국내 곳곳에 채굴이 종료된 다수의 폐채석장이 존재한다. 폐채석장은 낙석 등의 안전 문제와 공간 활용도 문제로 인해 항상 개발 대상 구역으로 거론되는데, 폐채석장 인근에 현재 국가적 지원을 받는 태양광 에너지 발전 가능성을 살펴보았다. 본 연구는 사당 IC 인근 폐채석장 부지를 대상으로, 사면에 직접 부착하는 방식과 낙석 방지 시설에 부착하는 방식 등 두 가지 상황에 대해 각각 분석했다. 관련 안전 기준 및 사례가 없어 지형 정보와 적절한 가정을 통해 사면에 직접 설치하는 태양광 패널에 대한 발전 잠재량을 추산했다. ArcGIS로 나타낸 DEM(Digital Elevation Model) 등 지형 고도 정보로부터 실제 폐채석장 절개면 부위의 표면적을 Python 프로그래밍을 통해 연산하여 설치 가능한 패널 용량과 각도를 계산하였다. 또, 낙석 방지 시설에 태양광 조사 방향으로 태양광을 설치하는 상황을 가정하여 가상의 방지벽에서의 발전 잠재량을 분석해보았다. 두 가지 방식의 발전량 도출은 모두 재생에너지 발전량 분석 프로그램 SAM(System Advisor Model)을 통해 진행되었다. 본 연구는 자원 생산이 끝난 폐채석장이 다시 한번 재생에너지 자원 생산지로 활용될 가능성을 보여준다.
A maximum power point tracking (MPPT) algorithm using fuzzy controller was considered. MPPT method was implemented based on the voltage and reference PV voltage value was obtained from Artificial Neural Network (ANN)-model of PV modules. Therefore, measuring only the PV module voltage is adequate for MPPT operation. Fuzzy controller is used to directly control dc-dc buck converter. The simulation results have been used to verify the effectiveness of the algorithm. The proposed method is compared with conventional PO(perturbation & observation), IC(Incremental Conductance) method. The nonlinearity and adaptiveness of fuzzy controller provided good performance under parameter variations such as solar irradiation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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