In residential house, photovoltaic (PV) system among various alternatives in renewable energy system is the most efficient and feasible solution for reducing energy consumption and electricity cost. However, relatively high initial cost make people reluctant to install PV system in their houses. Therefore, in the initial state for PV system installation in the house, it is very important to decide proper capacity of the PV system considering the expected energy usage and solar energy supplying condition with the house. This paper proposes a novel optimization model for deciding appropriate capacity of the PV system for residential house. The objective function of the model is to minimize the annual cost including electricity bill, operation and maintenance cost, and annual fixed cost calculated from the initial installation cost based on capital recovery factor (CRF). The model also shows the optimal inclining angle of PV panels of the system. In this paper, we estimate the PV output using PVWATTS (PV simulator of Office of Energy Efficiency and Renewable Energy) and find optimal solutions by Sequential Quadratic Programming (SQP) method using MATLAB software. The proposed approach is finally applied to a residential model house in Gangneung, Gangwon-Do and verified its feasibility for adopting to PV system design for residential houses.
In this paper presents residential PV system based on battery energy storage system for managing the electric power, a pattern of daily operation considering the load characteristic of the house, the generation characteristic of PV power, and utility power leveling. For apply to control algorithm, we consider the load on monthly power consumption trend and daily usage pattern. As for the control of the proposed system, to increase the conversion efficiency of the PV power, bidirectional converter is used for MPPT and SVPWM inverter. An experimental system is implemented, and some experimental results are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed system.
유럽과 북미에서는 건물 에너지를 효율적으로 관리할 수 있는 가정용 에너지저장시스템(ESS)에 주목하고 있다. ESS는 배터리의 충전 및 방전을 통해 전력량을 저장 및 관리하는 시스템이다. ESS는 주파수 조정용, 신재생에너지 연계용 및 피크 저감을 위한 건물용으로 사용된다. PV 연계형 ESS는 발전 시간대의 부하에 공급하고 남은 PV 발전량을 저장하여 비발전 시간대의 부하에 공급함으로써 신재생 발전출력의 안정화를 기할 수 있다. 국내에서의 ESS 시장은 주파수 조정용, 신재생 발전출력 안정용 및 건물용으로 보급되고 있으나, 가정용 ESS는 시장이 아직까지는 형성되지 않고 있다. 낮은 전기요금, 가정용 누진요금체계 및 ESS의 높은 가격 때문인 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서는 가정용 ESS의 보급방안을 검토하고자, HOMER를 이용하여 가정용 전기요금, 가정용 ESS 가격, PV 모듈 가격을 변수로 국내 공동주택 세대 단위에서 활용할 수 있는 PV연계 가정용 ESS의 경제성을 분석하고자 한다. 분석결과, 현재 가격 조건에서는 PV 연계 ESS를 설치하는 것보다 저렴한 계통전기를 사용하는 것이 경제적이므로 보조금 없이 ESS를 활용하기에는 어렵다. 공동주택용 ESS의 시장은 세대 PV 발전용량이 증가해야 하며, 소용량의 ESS가 개발되어야만, 시장이 열릴 것으로 판단된다.
In this paper, when photovoltaic (PV) systems are connected to power distribution system, most effective capacity and connected-point of PV system are presented considering power distribution system reliability. The reliability model of PV system is presented considering the duration of sunshine. Also the model of time-varying load and reliability test system bus2 model are used. To simulate the effects of PV system, various cases are selected; (1) base case which is no connection of PV system to power distribution system when faults are occurred, (2) 3MW case which is 3[MW] connection of PV system (3) 4[MW] case, and (4) 20[MW] case which is 20[MW] connection of PV system to the bus of power distribution system. The capacity limit of connected PV system is settled to 14[MW] for all cases except case 4. The reliability for residential, general, industrial, and educational customer is evaluated.
The demand and installation for photovoltaic system(namely, PV) has grown steadily in Korea. However, the PV system has a various economic viability according to the PV system characteristic variables such as inverter efficiency, miscellaneous power conditioning losses, azimuth and slope of PV array, PV tracking mode, and so on. The other variables are the monthly consumed electric energy and economic related factor such as initial cost, government subsidy, maintenance cost, inflation rate, energy cost escalation rate, discount rate, etc. Therefore, this study is to present economic evaluation of PV system with those concerned factors by calculating internal rate of return, year-to-positive cash flow and net present value indices.
Based on the detailed analysis of output characteristics of PV array and residential load usage pattern, a design method to calculate optimal battery capacity for stand-alone PV generation systems is proposed. And also, according to power flow Actual irradiation and temperature data are analyzed to compose a PV array simulator and also six representative home appliances are electrically modeled for load simulator, along with 24hours usage pattern. The surplus and insufficient power can be calculated from the proposed simulation platform, so that selection of an optimal battery capacity can be possible. The theoretical analysis and design process will be explained, along with informative simulation results.
In case of general residential house, photovoltaic can be installed at roof, wall, and any other places. But, in case of apartment building, there has not enough roof space to install photovoltaic panels to supply enough electricity. Actually, apartment building roof and facade wall (exclude the balcony window space) is not enough space to produce and supply the electricity to residents by installing PV panel. Generally, the space of facade balcony with windows in facade wall at apartment building occupied about $70{\sim}80%$, in all facade space. So, if we could use the balcony and windows space in facade as PV to generating electricity, there could contribute the energy saying. But, PV cell is opacify. So if it installed at front window area in apartment building, residents may have displeasure for that opacity character. But the other hand, residents are not always in house especially in day time that is exactly good time for generating electricity by PV. If we can use PV at the facade balcony with window without collusion of resident's displeasure, there have good attraction to using sustainable energy. Hence, this study suggests the design of facade balcony window style PV by considering resident's living pattern in apartment building. The methods of this study are as follows. At first, this study surveyed to the residents about residential time in their home and asked user demand by Delphi survey. At second, this study designed balcony open style PV system which oriented to the user demand. At third, this study tests designed result performance by computer simulation that compared design result with old design. As a result, For the purpose of satisfying the resident demand, there designed sliding window style which slide the several door systems to the one side. That would be make balcony absolute open scenery to the residents. Hence, the designed system performance results were as follows. When we compare the small apartment and large apartment, smaller one has good performance than larger one. Because resident's residential time characteristic. And that has more good electronic performance than vertical style that is similar to roof style.
The renewable energy system and the real-time pricing can provide the significant economic advantage for end-user of residential house. However, according to recent studies, high initial cost of renewable energy system such as photovoltaic (PV) system and lack of suitable load control methods adjusting electric power consumption in response to time-varying price are regarded as the major obstruction for introduction of renewable energy system and real-time pricing in residental household. In this paper, we propose automated optimal load control strategy which aim to achieve not only minimizing the electricity cost but also the increase in the utilization rates of PV generation power of residential PV house in real-time pricing environment. Simulation results show that our proposed optimal load control strategy leads to significant reduction in the electricity costs and increase in the utilization rates of power generated by PV system in comparison with the conventional PV house. Therefore, the proposed optimal load control strategy can provide more economic benefit to end-user.
A hybrid system which is combined several complementary new and renewable power sources, such as photovoltaic, fuel-cell, and wind generator, etc., has been presented in various approaches. For instance, a photovoltaic cannot always generate stable output power with ever-changing weather condition, so it might be co-generated with a wind generator, diesel generator, and some other sources. In this paper, a residential PV-FC hybrid system is suggested as a distribution power source, and its operation is optimized by HOMER$^{(R)}$. As a result, it is the most economic that 5[kW] PV, 1[kW] FC, 4 batteries, 2[kW] electrolyzer, 0.5[kg] $H_2$ tank, 3[kW] converter are applied to the hybrid system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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