• 한국항공우주학회지
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• 제41권4호
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• pp.327-334
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• 2013

2012년 8월, 교육과학기술부와 KAIST 인공위성 센터 주최로 국내 최초의 캔위성 경연대회가 열렸다. 본 논문은 대학부 최우수 수상팀의 캔위성의 설계에 대한 것으로, 개념설계 단계에서 부터 대회 결과에 이르기까지의 전반적인 내용을 다룬다. 캔위성의 임무는 GPS 정보, 자세정보, 지상 이미지 정보를 송신하는 필수임무와 낙하하는 동안 태양이 떠 있는 방향으로 캔위성의 센서부를 지향하는 창의적인 임무로 구분된다. 센서부가 안정적으로 태양의 위치를 추적할 수 있도록 IMU와 Servo motor를 이용하여 자세제어를 수행하도록 설계하였다. 약 150m 상공에서 캔위성을 낙하시켜 임무 수행을 한 결과, 자세제어와 태양 위치 추적 기능이 성공적으로 수행되었음을 알 수 있었다.

• Advances in Energy Research
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• 제1권2호
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• pp.97-106
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• 2013

This study designs and tests a photovoltaic system with distributed maximum power point tracking (DMPPT) methodology using a field programmable gate array (FPGA) controller. Each solar panel in the distributed PV system is equipped with a newly designed DC/DC converter and the panel's voltage output is regulated by a FPGA controller using PI control. Power from each solar panel on the system is optimized by another controller where the quadratic maximization MPPT algorithm is used to ensure the panel's output power is always maximized. Experiments are carried out at atmospheric insolation with partial shading conditions using 4 amorphous silicon thin film solar panels of 2 different grades fabricated by Chi-Mei Energy. It is found that distributed MPPT requires only 100ms to find the maximum power point of the system. Compared with the traditional centralized PV (CPV) system, the distributed PV (DPV) system harvests more than 4% of solar energy in atmospheric weather condition, and 22% in average under 19% partial shading of one solar panel in the system. Test results for a 1.84 kW rated system composed by 8 poly-Si PV panels using another DC/DC converter design also confirm that the proposed system can be easily implemented into a larger PV power system. Additionally, the use of NI sbRIO-9642 FPGA-based controller is capable of controlling over 16 sets of PV modules, and a number of controllers can cooperate via the network if needed.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권7호
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• pp.4463-4468
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• 2014

태양광 모듈 효율의 증가를 위해 렌즈나 반사판 등을 이용한 집광 시스템 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 집광장치는 일반적으로 렌즈를 사용하거나 고집속비의 광학장치를 이용하여 태양광 추적형으로 설계하여 고집속화를 추구하고 있다. 그러나 집속비에 비례하여 열로 소산되는 에너지 밀도가 증가하므로, 고집속에 따른 태양전지 온도상승에 의한 태양전지 효율 저하를 방지하기 위해 집광장치의 냉각에 유의해야 한다. 본 논문에서는 이러한 여러 가지 제약 조건을 피하여, 저가격의 반사형 광학장치를 이용한 경제적인 저집광형 태양광 모듈 시스템을 연구 개발하였다. 일반모듈에 저집광장치를 사용하여 태양광 모듈의 발전효율을 증대 시키면서 집광으로 인해 발생하는 열을 냉각장치를 통해 방출하였다. 제안된 저집광형 냉각장치(MCS, Micro Cooling System)의 특징은 모세관력에 의한 자연 순환 방식으로서 외부 동력원이 불필요하며, 유체 상변환시의 잠열을 이용함으로써 고성능 냉각 구현이 가능하다. 117W 태양광 모듈에 반사판을 설치하고 냉각장치가 있는 모듈과 냉각장치가 없는 모듈을 비교 하였다. 냉각장치를 설치한 모듈에서의 발전량이 28% 증가하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권2호
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• pp.828-834
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• 2013

본 논문에서는 태양광 집광 효율 향상을 위한 많은 연구 방법 중 하나로서 태양광을 효율적으로 집광할 수 있는 TMC(Tracker Motion Controller) 시스템 구성하여 발전효율의 향상성을 갖춘 집광형 태양광 발전시스템(CPV)과 실리콘을 이용한 PV 시스템으로 실험하였다. 태양추적 발전시스템에 사용되는 마이크로프로세서는 실시간으로 태양광의 고도와 위도 각을 계산한다. 또 한 센서로부터 값을 받아들이고, 태양의 현재 위치 값을 계산하여 모터를 제어하며 중앙제어 시스템과의 통신을 하기 때문에 적용 가능성에 대한 부담이 커지고 있다. 따라서 집광형 태양광 발전시스템에 적합한 프로그램 방식과 센서방식을 혼합한 하이브리드 방식의 알고리즘 통하여 ARM코어를 내장한 TMC에 구현하였으며, 구현된 TMC를 통하여 기존 PV시스템, CPV 시스템 대비하여 국내에서의 발전효율을 비교 분석하였다. 실험결과 기존의 센서방식을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템에 GPS통신 값을 통해 프로그램 방식의 천문학 계산에 의하여 지평좌표계에서의 태양의 방위각과 고도각을 계산하는 하이브리드 태양위치추적 방식을 실험한 결과를 보면 맑고 일사량이 높은 날에는 큰 차이를 보이진 않았다. 그러나 흐리고 맑은 날 등 일사량이 없어 센서가 태양의 위치를 추적하지 못하고 멈춘 상태에서 일정 시간이 지난 후 태양이 센서의 사각지대에서 나타나면 센서의 오류가 생길 수 있는 기후변화에서는 오히려 센서방식보다 더 우수함을 확인할 수 있었다. 태양전지의 발전효율이 높아지고 생산발전 단가가 줄이는 부분에 대한 지속적인 연구, 더불어 기후의 변화에 따른 최적의 발전 능력을 가진 TMC를 적용한 고효율 집광형 시스템에 대한 연구가 지속적으로 필요할 것으로 기대된다.

• 전기학회논문지
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• 제59권1호
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• pp.144-151
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• 2010

The shadowing effects lead to the serious power losses of the PV module. The shadowing effects are caused by several factors such as leafs, dust, antenna and clouds. The dye-sensitized solar cells are more economical than the conventional silicon solar cell that's why the dye-sensitized solar cells are recently focused on. We carried out research on the efficiency of the dye-sensitized solar cell depending on the level of shadow changing the formula of the circuit. The research on the efficiency of the large dye-sensitized solar cell depending on the level of shadow focused on commercialization was carried out. As the results, it is known that the series and parallel connection method is the best choice for the least losses of PV module assemblies. It is especially known that one more series connection is the best choice for the least losses about shadowing effects and current losses in the series and parallel connection.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제31권3호
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• pp.80-88
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• 2011

Heliostat in the tower type solar thermal power plant is a sun tracking mirror system to reflect the solar energy to the receiver and the optical performance of it affects to the efficiency of whole power plant most significantly. Thus a solid understanding of heliostat's energy concentration characteristics is the most important step in designing of the heliostat field and the whole power plant. The work presented here is the analysis of energy concentration characteristics of heliostat used in 200kW solar thermal power plant, where the receiver located at 43m high in tower has $2{\times}2$m rectangular shape. The heliostat reflective surface is formed by 4 of $1{\times}1$m flat plate mirror facet and the mirror facet is mounted on the spherical frame. The direct normal incident radiation models in vernal equinox, summer solstice, autumnal equinox and winter solstice are first derived from the actually measured data. Then the intercept ratio, heat flux distribution and total energy collected at the receiver for the heliostats located in the various places of the heliostat field are investigated. Finally the effect of mirror facet installation error on the optical performance of the heliostat is analyzed.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제34권5호
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• pp.33-41
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• 2014

Heliostat field in a tower type solar thermal power plant is the sun tracking mirror system which affects the overall efficiency of solar thermal power plant most significantly while consumes a large amount of energy to operate it. Thus optimal operation of it is very crucial for maximizing the energy collection and, at the same time, for minimizing the operating cost. Heliostat field operational algorithm is the logics to control the heliostat field efficiently so as to optimize the heliostat field optical efficiency and to protect the system from damage as well as to reduce the energy consumption required to operate the field. This work presents the heliostat field operational algorithm developed for the heliostat field of 200kW solar thermal power plant built in Daegu, Korea. We first review the structure of heliostat field control system proposed in the previous work to provide the conceptual framework of how the algorithm developed in this work could be implemented. Then the methodologies to operate the heliostat field properly and efficiently, by defining and explaining the various operation modes, are discussed. A simulation, showing the heat flux distribution collected by the heliostat field at the receiver, is used to show the usefulness of proposed heliostat field operational algorithm.

• 전기전자학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.211-218
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• 2017

본 논문에서는 CPU가 없는 자가동력 태양광 트랙커 시스템을 제안한다. 기존의 태양광 트랙커 시스템은 CPU를 사용하기 때문에 비용과 내구성의 문제가 발생한다. 또한, 기존의 태양광 트랙커 시스템은 설치 장소 및 환경의 영향을 받기 때문에 높은 발전효율을 기대하기 힘들다. 제안하는 태양광 트랙커 시스템은 광 추적센서와 모터의 연동회로를 이용하여 최대의 태양광을 추적하기 때문에 고효율 운전이 가능하고 아날로그 소자들로만 구성되어 있기 때문에 수동소자만큼의 시스템 수명이 보장된다. 또한, CPU를 사용하지 않기 때문에 프로그램 오류로 인한 오작동이 없으며, 설치 이후 유지 및 보수가 간단하다. 제안하는 태양광 트랙커 시스템의 타당성은 1년 동안의 실증 실험 결과를 통해 검증하였다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제31권2호
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• pp.53-62
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• 2011

Heliostat in the tower type solar thermal power plant is a sun tracking mirror system to reflect the solar energy to the receiver and the optical performance of it affects to the efficiency of whole power plant most significantly. Thus a proper design of structure of the heliostat reflective surface could be the most important step in the construction of such power plant. The work presented here is a design of structure of optical surface of heliostat, which will be used in 200kW solar thermal power plant. The receiver located at 43(m) high from ground in tower has $2{\times}2$(m) rectangular shape. We first developed the software tool to simulate the energy concentration characteristics of heliostat using the ray tracing technique. Then, the shape of heliostat reflective surface is designed with the consideration of heliostat's energy concentration characteristics, production cost and productivity. The designed heliostat's reflective surface has a structure formed by canting four of $1{\times}1$(m) rectangular flat plate mirror facet and the center of each mirror facet is located on the spherical surface, where the spherical surface is formulated by the mirror facet mounting frame.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제17권1호
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• pp.40-44
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• 2018

In this paper, the efficiency of the solar system is lowered due to the partial shading such as the environmental factors of the solar panel. In order to solve this problem, a DC OPTIMIZER is proposed for a maximum power generation system of a photovoltaic panel. The proposed DC OPTIMIZER is composed of a buck structure that performs the maximum power point tracking (MPPT) control of each module of the solar panel, thus maximizing the efficiency. In order to verify the proposed DC Optimizer, the efficiency was measured by varying the irradiance using a solar simulator instead of the solar panel. As a result, it showed high efficiency characteristics as the maximum energy conversion efficiency was 99.3% at $800w/m^2$, $900w/m^2$, and the average efficiency was 99.06% excluding $100w/m^2$. The maximum efficiency of MPPT was 99.97% at $200w/m^2$, efficiency showed excellent performance.