• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제30권6호
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• pp.118-124
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• 2010

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/$m^2$.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제16권7호
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• pp.711-719
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• 2010

Heliostat, as a concentrator reflecting the incident solar energy to the receiver located at the tower, is the most important system in the tower-type solar thermal power plant, since it determines the efficiency and performance of solar thermal plower plant. Thus, a good sun tracking ability as well as its good optical property are required. In this paper, we propose a method to compensate the heliostat sun tracking error. We first model the sun tracking error, which could be measured using BCS (Beam Characterization System), by multilayered neural network. Then the extended Kalman filter was employed to train the neural network. Finally the model is used to compensate the sun tracking errors. Simulated result shows that the method proposed in this paper improve the heliostat sun tracking performance dramatically. It also shows that the training of neural network by the extended Kalman filter provides faster convergence property, more accurate estimation and higher measurement noise rejection ability compared with the other training methods like gradient descent method.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.141-153
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• 2005

PV 태양광 발전은 PV 재료가 고가이므로 일반 전력비용에 비해 상대적으로 비용이 높아진다. 저가형 광학 집광기술과 PV를 통합하게 되면, 비용뿐만 아니라 설치면적 등에서 유리하게 되나, 집광기의 단점이 함께 추가되게 된다. 집광기는 작은 수광각과 송신광선을 갖고 있어 PV 모듈에 필요한 태양광, 광학손실의 손실정도를 최소화하기 위한 신중한 시스템 디자인과 2축형 트레킹 장치가 필요하다. 고정식 비집광 시스템보다 더 많은 에너지를 얻기 위해서는 광학시스템의 손실율을 줄이고, 고효율의 PV 모듈을 이용한 PV셀의 상호연결이 필요하다. 본 논문에서는 우선, 비이미지 프레넬 렌즈 집광기를 사용한 PV 시스템에 대하여 간단하게 설명한 후, 출력전력값을 이론적으로 예측하고 PV 효율과 시스템 성능을 제시하였다. 프레넬 렌즈 선형 집광기 통합 PV 시스템과 비집광 PV 모듈의 출력전력값과 시스템 비용을 비교하면, PV 전력비용을 줄일 수 있는 집광기의 이용이 유용한 것을 알 수 있다. 따라서, 집광형 PV 시스템은 미래의 에너지 이용에 매우 유리한 시스템이라 할 수 있다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제14권4호
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• pp.929-934
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• 2010

실내조명하에서 유비쿼터스 센서 네트워크 태그 및 노드 전원으로 태양전지 사용 가능성을 실험하기 위해 PMMA(Poly-Methyl-Methacrylate) 렌즈를 단일접합 AlGaAs/GaAs 태양전지 위에 덧씌워서 렌즈로 사용한 결과 태양 전지의 특성이 향상 되었다. PMMA 렌즈를 덧씌운 효과를 비교하기 위해 AlGaAs 단일접합 태양전지에 PMMA 렌즈를 덧씌우기 전과 후의 특성을 각각 one sun 조건 ($100mW/cm^2$) 하에서 측정하였으며, 실내의 탁상램프 조명 근접거리 조건(약 1200 룩스)하에서 특성 측정 결과를 비교하였다. PMMA 렌즈를 덧씌운 결과 약 5% 정도의 효율이 향상되었고, 탁상용 형광램프 조건에서 $83\;{\mu}m/cm^2$ 이상의 전기에너지가 발생됨을 확인하였다. 실내조명 조건에서는 one sun ($100mW/cm^2$) 에 비해서 광량이 매우 작으므로 발생전압과 발생 전류가 상당히 감소하게 된다. 하지만 $83\;{\mu}m/cm^2$ 정도의 전기에너지가 발생되어 향 후 렌즈효율 개선과 모듈 설계를 통해 USN 태그 및 노드용 전원으로 충분히 적용 가능할 것으로 사료된다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제18권5호
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• pp.502-508
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• 2012

Heliostat, as a concentrator to reflect the incident solar energy to the receiver, is the most important system in the tower-type solar thermal power plant since it determines the efficiency and ultimately the overall performance of solar thermal power plant. Thus, a good sun tracking ability as well as a good optical property of it are required. Heliostat sun tracking system uses usually an open loop control system. Thus the sun tracking error caused by heliostat's geometrical error, optical error and computational error cannot be compensated. Recently use of sun tracking error model to compensate the sun tracking error has been proposed, where the error model is obtained from the measured ones. This work is a development of heliostat sun tracking error measurement and compensation method using BCS (Beam Characterization System). We first developed an image processing system to measure the sun tracking error optically. Then the measured error is modeled in linear polynomial form and neural network form trained by the extended Kalman filter respectively. Finally error models are used to compensate the sun tracking error. We also developed the necessary image processing algorithms so that the heliostat optical properties such as maximum heat flux intensity, heat flux distribution and total reflected heat energy could be analyzed. Experimentally obtained data shows that the heliostat sun tracking accuracy could be dramatically improved using either linear polynomial type error model or neural network type error model. Neural network type error model is somewhat better in improving the sun tracking performance. Nevertheless, since the difference between two error models in compensation of sun tracking error is small, a linear error model is preferred in actual implementation due to its simplicity.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제40권5호
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• pp.23-34
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• 2020

Concentrator photovoltaic (CPV) system consists of high-quality complex optical elements, mechanical devices, and electronics components and can have the advantages of high integration and high-efficiency energy sources. III-V compound semiconductor cells have proven performance based on high reliability in the aerospace field, but have characteristics that require absolute support of the balance of systems (BOS) such as solar position trackers, receivers with heat sinks, and housing instruments. To determine the optimum parameters of secondary optical elements (SOEs) design for CPV systems, we designed three types of CPV modules, classified as non-SOEs type, reflective mirror type, and CPC lens type. We measured the I-V and P-V characteristics of the prototype CPV modules with the angle of inclination varying from 0° to 12° and with a 500-magnification Fresnel lens. The experimental results assumed misalignment of the solar position tracker or module design of pinpoint accuracy. As a result, at the 0° tilt angle, the CPC lens produced lower power due to the quartz transmittance ratio compared to that by other SOEs. However, for tilt angles greater than 3°, the CPC lens type module achieved high efficiency and stability. This study is expected to help design high-performance CPV systems.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제23권7호
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• pp.575-579
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• 2010

The technologies of Ni/Cu plating contact is attributed to the reduced series resistance caused by a better contact conductivity of Ni with Si and the subsequent electroplating of Cu on Ni. The ability to pattern narrower grid lines for reduced light shading was combined with the lower resistance of a metal silicide contact and an improved conductivity of the plated deposit. This improves the FF (fill factor) as the series resistance is reduced. This is very much requried in the case of low concentrator solar cells in which the series resistance is one of the important and dominant parameter that affect the cell performance. A Selective emitter structure with highly dopeds regions underneath the metal contacts, is widely known to be one of the most promising high-efficiency solution in solar cell processing In this paper the formation of a selective emitter, and the nickel silicide seed layer at the front side metallization of silicon cells is considered. After generating the nickel seed layer the contacts were thickened by Cu LIP (light induced plating) and by the formation of a plated Ni/Cu two step metallization on front contacts. In fabricating a Ni/Cu plating metallization cell with a selective emitter structure it has been shown that the cell efficiency can be increased by at least 0.2%.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권10호
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• pp.777-784
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• 2017

일반적으로 열전발전 소자를 사용하여 에너지 하베스팅을 하는 경우, 시스템의 작동환경에 의해 주어지는 온도구배를 활용하게 된다. 따라서 열전소자의 특성상 큰 온도구배를 기대하기 어려운 작동환경에서는 원하는 출력을 얻을 수 없으며, 작동 온도가 높을 때 얻어지게 되는 최적의 발전효율을 기대하기 힘들다. 자연환경에서 얻을 수 있는 태양에너지를 활용한 신재생 에너지의 활용은 그 동안 태양광발전이나 태양열발전에 국한되어 왔다. 태양광발전은 태양광의 일정 파장대만 사용하고 빛의 산란에 의해 발전효율이 낮아지는 단점이 있으며, 태양열발전은 일반적으로 대규모 설비를 갖춰야 하는 공간상의 제약이 있다. 본 연구에서는 태양열을 집광하여 열전소자에 조사함으로서 큰 온도구배를 형성하여 상용 열전소자의 출력을 향상시킬 수 있는 간단한 소형 발전시스템을 설계 및 제작하였다. 장시간 태양열 집중을 위해 태양 추적 장치를 설치하였으며, 열전소자 하부에 고온의 태양열이 전달되어 온도 편차가 줄어드는 현상을 막기 위해 액체 순환식 냉각기를 설치하여 큰 온도구배를 유지할 수 있도록 설계한 후, 일련의 실험으로 시험하여 그 유용성과 타당성을 검증하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권12호
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• pp.1147-1153
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• 2010

본 연구에서는 Compound parabolic concentrator reactor system을 이용하여 초기농도 10 mg/L의 클로로포름을 광촉매 반응으로 처리하였다. 1000 W의 메탈할라이드 방전램프를 인공태양광원으로 사용하였으며 약 99%의 클로로포름이 광촉매반응에 의하여 90분 안에 제거되어 먹는물 수질기준인 0.08 mg/L을 만족하였다(pH 5.24, $TiO_2$ 농도 0.2 g/L). 또한 초기 pH와 $TiO_2$ 농도가 클로로포름의 분해에 미치는 영향 을 알아보기 위해 pH 4, 5, 6, 7과 $TiO_2$ 농도 0.1, 0.2, 0.4의 조건에서 실험을 수행하였으며, 각 pH 에서의 $TiO_2$ 입자크기(particle size)와 비표면적(specific surface area)을 측정하여 클로로포름 분해율과 비교하여 비표면적과 광촉매반응 활성 사이의 상관관계를 규명하고자 하였다. 그 결과 pH와$TiO_2$ 농도에 따른 클로로포름 분해율은 큰 차이를 보이지 않았다. 하지만 pH에 따라 $TiO_2$의 입자크기분포(particle distribution)와 비표면적이 변했고 pH 7은 다른 pH 영역보다 비표면적이 약 2배 정도 작은 결과를 보였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 클로로포름의 광촉매반응은 $TiO_2$의 비표면적과 상관관계가 없는 TCE-type인 것을 유추할 수 있었다.