The growth kinetics of phototrophic microorganisms can be controlled by the light irradiance, the concentration of an inorganic nutrient, or both. A multi-component kinetic model is proposed and tested in novel batch experiments that allow the kinetic parameters for each factor to be estimated independently. For the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803, the estimated parameters are maximum specific growth rate $({\mu}_{max})=2.8/d$, half-maximum-rate light irradiance $(K_L)=11W/m^2$, half-inhibition-rate light irradiance $(K_{L,I})=39W/m^2$, and half-maximum-rate concentration for inorganic carbon $(K_{S,Ci})=0.5mgC/L$, half-maximum-rate concentration for inorganic nitrogen $(K_{S,Ni})=1.4mgN/L$, and half-maximum-rate concentration for inorganic phosphorus $(K_{S,Pi})=0.06mgP/L$. Compared to other phototrophs having ${\mu}max$ estimates, PCC6803 is a fast-growing r-strategist relying on reaction rate. Its half-maximum-rate and half-inhibition rate values identify the ranges of light irradiance and nutrient concentrations that PCC6803 needs to achieve a high specific growth rate to be a sustainable bioenergy source. To gain the advantages of its high maximum specific growth rate, PCC6803 needs to have moderate light illumination ($7-62W/m^2$ for ${\mu}_{syn}{\geq}1/d$) and relatively high nutrient concentrations: $N_i{\geq}2.3 mgN/L$, $P_i{\geq}0.1mgP/L$, and $C_i{\geq}1.0mgC/L$.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.10
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pp.5310-5316
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2013
Maximum Power Point Tracking (MPPT) method for Photovoltaic (PV) system is implemented in PV inveter and it generate the maximum electric power from PV cell. MPPT method has been studied to have high efficiency and high tracking speed. However, these studies are basically focused on the performance under fixed irradiance condition. Based on the typical Perturbation and Observation (P&O) method, this paper presents the research results on modified P&O method to have a better performance under varying irradiance condition. The modified P&O method can have a better performance under varying irradiance condition because the additional measurements during the MPPT control period are conducted. The proposed MPPT method is verified by using 250kW PV inverter under linearly varying irradiance condition according to EN 50530.
The purpose of this study was to analyze the effects on meteorological variables in Seoul, Busan and Jeju during the partial solar eclipse event of 22 July 2009 in Korea. Solar irradiance decreased 16 and 19 minutes after eclipse in Seoul and Busan, and 6 minutes before eclipse in Jeju. Minimum solar irradiance occurred 7 and 3 minutes after maximum eclipse in Seoul and Busan, respectively, and 8 minutes before maximum eclipse in Jeju. Solar irradiance began to increase after maximum eclipse in Seoul and Busan, and recovered to the original state as eclipse ended. On the other hand, recovery of solar irradiance after maximum eclipse in Jeju was slower than those of two cities. Temperature drop due to partial solar eclipse were $0.7^{\circ}C$, $4.0^{\circ}C$, $1.5^{\circ}C$ in Seoul, Busan, and Jeju, respectively, and time needed to arrive minimum temperature from maximum eclipse were each 12, 32, 30 minutes, respectively. Change of relative humidity during partial solar eclipse were 2.6%, 17.4%, 12.3% in Seoul, Busan, and Jeju, respectively. Temperature drop turned out to be sharper as altitude increases. Wind speed decreased by each about 1.1 m/s, 3.4 ms/s, 1.4 ms/s due to partial solar eclipse in Seoul, Busan, and Jeju. Soil temperature of 5 cm equally decreased by $0.2^{\circ}C$ in Seoul and Busan, soil temperature of 10 cm maintained almost constant, and soil temperature of 20 cm was hardly affected by eclipse.
The MPPT(Maximum Power Point Tracking) techniques are employed in photovoltaic (PV) systems to maximize the PV array output power which depends on solar irradiance and temperature. The dynamic MPPT performance under varying irradiance conditions affects the impact on overall PV system performance. This paper presents the improved MPPT algorithm by the simulation comparison with other algorithms. The simulation models are made by the Matlab & Simulink. The result of simulation, the dynamic MPPT efficiency of proposed algorithm is higher than the other algorithms.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.24
no.E2
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pp.74-82
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2008
We have examined seasonal and annual means of clear-sky solar noon and daily erythemal ultraviolet-B irradiances measured in Anmyeon. The intensity of the EUV-B irradiance is mainly dependent on solar zenith angle (SZA) and total ozone amounts on clear day conditions. The daily maximum occurs near solar noon time and the highest monthly accumulated EUV-B is seen in July in Anmyeon. The maximum daily variation occurs in June and July due to precipitation and clouds. The 7-year trend of EUV-B irradiance shows that it is slightly increasing. Additionally, we could confirm that aerosol effects such as Asian Dust decreases the EUV-B irradiance reaching the ground surface by 35% to 60%. For more than 45% of the summer days, EUV-B irradiacne was high enough that the UV index registered higher than category Extremely High. This information will be very important for evaluation of the UV index for prevention of both skin cancer and ecosystem damages as well as to understand UV climatology over the Korean Peninsula.
Jeong, Young-Joon;Lee, Sang-Ik;Lee, Jong-Hyuk;Seo, Byung-Hun;Kim, Dong-Su;Lee, Jimin;Choi, Won
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.64
no.2
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pp.1-13
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2022
Agrivoltaic facility is the composite system that the solar panel is installed above the farmland, and it enables crop and electricity production simultaneously. Solar panels of the agrivoltaic facilities can block and reduce the amount of solar irradiance arriving at the farmland, but it can help the crop growth by preventing excessive solar irradiance. Therefore, to clarify how the agrivoltaic facilities affect the crop growth, precise solar irradiance distribution under the solar panel should be modeled. In this study, PAR (photosynthetically active radiation), radiation from 400 to 700 nm, which crops usually use to grow, was extracted from the total irradiance and its distribution model under various conditions was developed. Monthly irradiance distributions varied because the elevation of the sun was changed over time, which made the position changed that the local maximum and minimum irradiance appear. The higher panel height did not cause any significant difference in the amount of irradiance reaching below the solar panel, but its distribution became more uniform. Furthermore, the panel angles with the most irradiance arriving below the solar panel were different by month, but its difference was up to 2%p between the irradiance with 30° angle which is usually recommended in Korea. Finally, the interval between panels was adjusted; when the ratio of the length of the panel to the empty space was 1:2, the irradiance of 0.719 times was reached compared to when there was no panel, 0.579 times for 1:1 and 0.442 times for 2:1.
Jung, Yeonjin;Cho, Hi Ku;Kim, Jhoon;Kim, Young Joon;Kim, Yun Mi
Atmosphere
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v.21
no.2
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pp.131-142
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2011
Spectral solar irradiances were observed using a visible and UV Multi-Filter Rotating Shadowband Radiometer on the rooftop of the Science Building at Yonsei University, Seoul ($37.57^{\circ}N$, $126.98^{\circ}E$, 86 m) during one year period in 2006. 1-min measurements of global(total) and diffuse solar irradiances over the solar zenith angle (SZA) ranges from $20^{\circ}$ to $70^{\circ}$ were used to examine the effects of clouds and total optical depth (TOD) on enhancing four solar irradiance components (broadband 395-955 nm, UV channel 304.5 nm, visible channel 495.2 nm, and infrared channel 869.2 nm) together with the sky camera images for the assessment of cloud conditions at the time of each measurement. The obtained clear-sky irradiance measurements were used for empirical model of clear-sky irradiance with the cosine of the solar zenith angle (SZA) as an independent variable. These developed models produce continuous estimates of global and diffuse solar irradiances for clear sky. Then, the clear-sky irradiances are used to estimate the effects of clouds and TOD on the enhancement of surface solar irradiance as a difference between the measured and the estimated clear-sky values. It was found that the enhancements occur at TODs less than 1.0 (i.e. transmissivity greater than 37%) when solar disk was not obscured or obscured by optically thin clouds. Although the TOD is less than 1.0, the probability of the occurrence for the enhancements shows 50~65% depending on four different solar radiation components with the low UV irradiance. The cumulus types such as stratoculmus and altoculumus were found to produce localized enhancement of broadband global solar irradiance of up to 36.0% at TOD of 0.43 under overcast skies (cloud cover 90%) when direct solar beam was unobstructed through the broken clouds. However, those same type clouds were found to attenuate up to 80% of the incoming global solar irradiance at TOD of about 7.0. The maximum global UV enhancement was only 3.8% which is much lower than those of other three solar components because of the light scattering efficiency of cloud drops. It was shown that the most of the enhancements occurred under cloud cover from 40 to 90%. The broadband global enhancement greater than 20% occurred for SZAs ranging from 28 to $62^{\circ}$. The broadband diffuse irradiance has been increased up to 467.8% (TOD 0.34) by clouds. In the case of channel 869.0 nm, the maximum diffuse enhancement was 609.5%. Thus, it is required to measure irradiance for various cloud conditions in order to obtain climatological values, to trace the differences among cloud types, and to eventually estimate the influence on solar irradiance by cloud characteristics.
The effects of water temperature, salinity and irradiance on the growth of harmful algae Chattonella marina isolated from Gamak Bay in South Sea, Korea were investigated. C. marina was able to grow in temperatures of $15-30^{\circ}C$ and salinities of 10-35 psu. Maximum specific growth rate (0.64/day) was observed with combination of $25^{\circ}C$ and 25 psu. Optimal growth (${\ge}70%$ of maximum specific growth rate) was obtained with all salinities of the above $20^{\circ}C$. This result indicated that C. marina is a stenothermal of the high water temperature and euryhaline organism. C. marina was did not grow at irradiance ${\le} 10{\mu}mol$ photons/($m^2\;s$). Photoinhibition did not occur at $300{\mu}mol$ photons/($m^2\;s$), which was the maximum irradiance used in this study. The irradiance-growth curve was described as ${\mu}=0.78(I-11.4)/(I+34.1)$ at $25^{\circ}C$ and 25 psu. The half-saturation photon flux density (PFD) ($K_s$) was $56.9{\mu}mol$ photons/($m^2\;s$) and compensation PFD ($I_c$) was $11.4{\mu}mol$ photons/($m^2\;s$). The result of the present study indicate that C. marina has advantage physiological characteristic to the interspecific competition at the embayment and costal areas of South and West Sea, Korea in summer.
Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
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2001.11a
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pp.335-335
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2001
Direct-normal, total horizontal and diffuse horizontal irradiance data obtained from a multi-filter rotating shadowband radiometer over seven different wavelength bands (416nm, 151nm, 616nm, 675nm, 870nm and 940nm and the entire spectrum) has been analyzed at Kwangju, South Korea from June 1998 December 2000. The maximum hourly global radiation flux ranged from 0.44 MJ/$m^2$ to 2.68 MJ/$m^2$ at around 11:00-12:00 Hr local time while the maximum hourly diffuse radiation flux ranged from about 0.96 MJ/$m^2$ to 1.37 MJ/$m^2$. The maximum hourly direct irradiance ranged from 1.42 MJ/$m^2$ to 2.92 MJ/$m^2$ from June1998-2000. During the period under consideration, the average monthly global radiation recorded were 13.09 MJ/$m^2$/day, 10.58MJ/$m^2$/day and 9.78MJ/$m^2$/day for years 1998, 1999 and 2000 respectively, while the diffuse irradiance were 6.54 MJ/$m^2$/day, 5.33 MJ/$m^2$/day and 5.14 MJ/$m^2$/day for f998, 1999 and 2000 respectively. The direct irradiance values at the site were 11.63 MJ/$m^2$/day, 8.24MJ/$m^2$/day and 7.75 MJ/$m^2$/day for 1998, f999 and 2000 respectively. It was observed that each of the years has its own unique meteorological parameters that affect the quality and quantity of radiation received for each month. The annual average daily fractions of the diffuse to the global radiation (KD) were 0.51, 0.61 and 0.59 for years 1998, 1999 and 2000 respectively. Analysis indicated that the average daily KD ranged from 0.13 to a maximum value of 0.99 in May for irradiance measured at the broadband channel while the maximum and minimum KD value of 0.91 and 0.23 was recorded at wavelength band 870nm and 940nm in January and September respectively. The lowest average daily clearness index (Kt) value recorded was 0.03 in May (Spring) and the annual average daily clearness indexes are 0.45, 0.34 and 0.35 for years 1998, f999 and 2000 respectively. The frequency of clear days annually at Kwangju is 67.95%, 29.57% and 40.72% for years 1998, 1999 and 2000 respectively.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.22
no.2
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pp.223-233
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2006
We analyzed the monthly and seasonal mean of the daily Erythemal Ultraviolet-B (EUV-B, $280{\sim}320nm$) irradiance operating in Pohang, Anmyeon, Gosan, Mokpo and Kangnung with UV-Biometer (Solar Light Co., Model No. 501) at clear-sky noon during the period from 1999 to 2004. Also, we investigated the seasonal and regional characteristics for the UV index over the Korean Peninsula. The daily maximum occurred near solar southing time and the highest monthly accumulated EUV-B irradiance appeared in July and August at each regional observatory. The monthly mean value of the clear-sky EUV-B irradiance in Pohang, Anmyeon, Gosan, Mokpo and Kangnung showed 196.6, 161.8, 221.9, $171.5mWm^{-2}\;and\;179.7mWm^{-2}$ near noon in July respectively. The annual mean value of the daily accumulated EUV-B irradiance in Pohang, Anmyeon, Gosan, Mokpo and Kangnung were 1.8, 2.1, 2.2, $1.8kJm^{-2}\;and\;1.5kJm^{-2}$ respectively. The UV Index (UVI) showed above UVI 7(High) more than 90 days during one year over the Korean Peninsula.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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