현재 태양광 산업에서는 고정식 태양광 발전장치보다 발전 효율이 우수한 추적식 태양광 발전장치를 개발하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 추적식 태양광 발전장치는 고정식에 대비하여 단위면적당 일사량을 최대로 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 일조시간을 최대로 하여 태양전지의 발전효율을 극대화할 수 있다. 따라서 정밀하면서도 저렴한 태양위치 추적장치는 태양광 발전사업의 경제성을 높이고, 성능 대비 투자비용을 낮춰 태양광 발전설비의 보급을 촉진시켜줄 수 있는 중요한 기술이다. 본 연구는 태양위치를 감지하는데 센서를 사용하지 않고 천문학과 수학을 이용하여 정밀도 1분($0.016^{\circ}$)이내의 태양위치를 계산하는 알고리즘에 관한 것이다. 본 연구에서 제안하는 알고리즘은 장치의 제작비용을 낮추어 줄 뿐 아니라, 발전효율도 높여준다. 구현된 알고리즘을 적용시킨 추적식 태양광 발전장치를 운용 실측한 결과, 최대 30초($0.0038^{\circ}$)의 오차를 보여 추적식 발전장치의 경제성을 높일 수 있고, 시간복잡도(Time Complexity)와 공간복잡도(Spatial Complexity)가 낮아 실시간 태양 추적장치에 최적임을 확인하였다.
본 논문에서는 환경오염이 거의 없고, 무한한 에너지 원인 태양광을 이용하여 발전하는 태양광발전장치를 이용하여, 2차전지 및 IT기술을 기반으로 태양광발전장치를 이용한 전원공급장치를 제작하였다. 이 장치를 한국기술대학교의 몽골 해외봉사단에서 직접 설치, 운용하여, 상용전원이 제한적인 개발도상국가 및 후진국에 도입하여 생활의 질을 한층 높일 수 있도록 하였다. 이 태양광발전 전원공급장치는 발전된 전기 에너지를 충전 컨트롤러를 통해 2차전지 및 독립형인버터로 전달되어 상용전원으로 사용할 수 있게 된다. 독립형 태양광발전장치는 대상 부하의 크기를 고려하여 각각의 장비를 선정하였고, 2차전지를 이용하여 주간에 저장된 전기에너지를 발전을 하지 않는 저녁에 사용하므로 단속적인 태양광에너지의 단점을 보완하였으며, 태양광 발전장치에서 실시간으로 출력되는 데이터 값을 IT기술을 통하여 감시 및 제어할 수 있게 구성하였다. 이는 상용전원 공급이 제한적인 개발도상국이나 독립적인 전원이 필요한 외진 곳의 수용가에게 전기 수요를 만족시킬 수 있을 것이라고 예상된다.
현대로템은 전기철도차량의 핵심장치인 주 전력변환장치(추진제어장치) 국산화 및 기술개발에 매진하여 왔으며, 성능 및 신뢰성 향상을 위하여 지속적으로 기술개발을 진행하고 있다. 또한 전력전자기술 및 산업기술 발전으로 인한 전기기기, 전력반도체, 제어기술 발전으로 전기철도차량용 주 전력변환장치(추진제어장치)도 비약적인 발전을 하였다. 이런 산업전반에 걸친 기술발전을 기반으로 현대로템은 전기철도차량용 주 전력변환장치의 원천기술 확보하면서 전기철도차량 시스템 기술 발전에 기여하고 있다. 본지에서는 전기철도차량의 핵심장치인 주 전력변환장치에 대한 이해를 돕고자 최근 전동차에 적용되고 있는 유도전동기용 주 전력변환장치인 추진제어장치를 소개하고자 한다.
본 논문은 자가발전형 쿼드콥터를 설계하고 제작한 내용을 다룬다. 본 논문에서 제안하는 자가발전형 쿼드콥터는 전자기유도원리를 이용해 설계된 두 가지 발전장치를 통해 추가 전력을 얻는다. 첫 번째 발전장치는 상용 BLDC모터와 프로펠러를 결합해 함께 회전시켜, BLDC모터를 발전기처럼 활용해 전력을 생산하는 장치이다. 두 번째 발전장치는 프로펠러의 회전축에 작은 자석들을 포함한 프레임을 결합해 함께 회전시켜 코일이 감긴 보호링에서 전력을 생산하는 장치이다. 본 발전장치들은 상용 쿼드콥터 프로펠러 하단에 장착되어 실용적인 발전을 할 수 있으리라 기대된다.
일반적으로 마이크로 전원으로 연료전지 발전장치는 100w ~수백kw의 용량을 가지며 종전의 대규모 전력설비와 비교하여 높은 신뢰도를 갖는 고품질의 전력을 공급할 수 있다. 본 연구에서는 소형 분산에너지원으로서 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell )연료전지를 사용하는 발전장치의 PSIM 모델을 설정하고 부하변화에 대한 연료전지 발전장치의 출력전압의 강인성을 살펴보았다. 연료전지 발전장치의 교류출력의 강인성은 선형 부하 및 비선형 부하가 급변하는 과도상태에서 파악하였다.
본 연구에서는 도로용 발전장치 최적화 설계를 위해 실험과 수치해석을 다루었으며, 도로용 발전장치는 패드, 축, 토셔널 댐퍼, 일방향 클러치, 기어, 발전기 등의 여러 가지 기계요소를 포함한다. 본 수치해석은 도로용 발전장치의 성능을 평가하기 위하여 개발되었으며 소프트웨어에 의하여 이론적으로 계산된 결과값을 사용하여 최적화 설계의 변수인자를 결정하게 된다. 이러한 변수는 장치의 용량, 길이, 각도 등이며, 차량의 운전상태에 따라서 토오크, 출력 및 생성된 에너지값 등의 결과값을 비교하여, 도로용 발전장치를 설계하기 전 수치해석을 통해 제안된 개념과 시스템이 효율성과 신뢰성을 갖도록 한다.
선박내의 발전장치로는 독립된 디젤기관으로 구동되는 발전장치를 사용하는 것이 일반적이자만, 근래에는 에너지 절약과 관리, 보수의 편의를 목적으로 축발전(Shaft Generator) 시스템이 연구, 개발되고 있다. 본 연구에서는 비교적 가격이 저렴하고, 설치 공간이 적으면서고 양질의 교류전력을 얻을 수 있어 소형선박에서 사용하기에 적합한 축발전 시스템으로, 마이크로컴퓨터에 의하여 제어되는 유압구동식 축발전시스템을 제안하고자 한다.
본 연구에서는 태양광 발전의 효율을 향상시키기 위하여 발전시스템의 태양추적에 기초가 되는 태양 추적 장치를 설계하였다. 태양광발전분야에서는 셀의 발전특성 향상을 위한 연구와 함께 태양에너지의 효과적인 집광을 위한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 일사량은 지역에 따라 차이가 발생하는 요소로 발전효율을 증대시키기 위해서는 발전 장치의 설치장소가 달라져야 한다는 제약이 있는 반면, 발전 셀 단면이 태양과 이루는 각도는 발전장치의 기구부를 회전시킴으로서 태양과 이루는 각도를 가변 할 수 있는 장치를 개발하고 실험을 통하여 발전 효율 향상 성능을 확인하였다.
최적설계는 일반적으로 주어진 설계에 적용할 경제성평가기법을 필요로 한다. 본 연구에서는 선박용 발전장치 설계에 적용되는 경제성평가방법을 제시하였다. 가능한 발전 장치들에 대하여 그 투자액의 회수기간과 순현가를 경제성 지수화 하고 또, 그 설계된 장치의 운전상의 난이도를 평가하여 지수화 하고 이 지수들을 종합하여 종합경제성평가지수를 산출하여 이 지수로 발전장치 선정의 기준으로 삼도록 하였다. 이 방법을 실선의 설계에 적용하여 유용성을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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