• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제58권3호
• /
• pp.381-389
• /
• 2020

본 연구에서는 다양한 신재생 에너지원 기반 전력 공급 시스템 구축하고, 각 시스템의 최적 전력 공급 비용을 비교 분석 하였다. 특히, 풍력 및 태양광 등 대표적인 신재생에너지 생산 기술과 더불어 대형 에너지 저장 시스템 및 바이오매스 기반 전력 생산 기술을 포함함으로써, 신재생에너지 자원의 간헐성 및 에너지 공급과 수요의 불균형의 한계를 극복하였다. 본 연구에서 제안한 6가지의 신재생 에너지원 기반 전력 공급 시스템을 실제 제주도 전력 공급 문제에 적용함으로써, 제주도 지역의 최적 에너지 시스템을 규명하였으며, 다양한 에너지 생산 기술의 조합의 효과를 분석하였다. 분석 결과, 태양광 및 풍력 기반 전력 공급 단가는 각각 0.18, 0.28 $/kWh로 개별 자원 기반의 에너지 생산 시스템의 기존 전력망을 통한 공급 단가에 비해 경쟁력이 낮았다. 또한 자원의 간헐성 및 공급과 수요의 불균형 등 단일자원 기반의 단점을 효과적으로 개선하기 위하여 3가지 신재생 자원 및 대형 에너지 저장 시스템을 포함한 하이브리드 공급 시스템의 경제적 효과를 분석하였다. 그 결과 기존 전통적 전력망 공급과 가격 경쟁력을 갖는 0.08 $/kWh 수준의 100% 신재생에너지 기반 전력 공급 시스템 구축이 가능함을 규명하였다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
• /
• 제7권1호
• /
• pp.41-51
• /
• 2016

In the stratosphere, the air is stable and a photovoltaic (PV) system can produce more solar energy compared to in the atmosphere. If unmanned aerial vehicles (UAVs) fly in the stratosphere, the flight stability and efficiency of the mission are improved. On the other hand, the weakened lift force of the UAV due to the rarefied atmosphere can require more power for lift according to the weight and/or wing area of the UAV. To solve this problem, it is necessary to minimize the weight of the aircraft and improve the performance of the power system. A regenerative fuel cell (RFC) consisting of a fuel cell (FC) and water electrolysis (WE) combined PV power system has been investigated as a good alterative because of its higher specific energy. The WE system produces hydrogen and oxygen, providing extra energy beyond the energy generated by the PV system in the daytime, and then saves the gases in tanks. The FC system supplies the required power to the UAV at night, so the additional fuel supply to the UAV is not needed anymore. The specific energy of RFC systems is higher than that of Li-ion battery systems, so they have less weight than batteries that supply the same energy to the UAV. In this paper, for a stratospheric long-endurance hybrid UAV based on an RFC system, three major design factors (UAV weight, wing area and performance of WE) affecting the ability of long-term flight were determined and a simulation-based feasibility study was performed. The effects of the three design factors were analyzed as the flight time increased, and acceptable values of the factors for long endurance were found. As a result, the long-endurance of the target UAV was possible when the values were under 350 kg, above 150 m² and under 80 kWh/kg H₂.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제19권6호
• /
• pp.646-651
• /
• 2018

최근 태양전지의 Donor/Acceptor 계면에 그래핀 양자점을 완충 층으로 삽입하여 광 전환 효율을 향상시킨 많은 연구 결과들이 보고되었다. 그래핀 양자점은 그래핀 단일 층이 여러 겹 쌓여서 구성된 수 나노미터 크기의 물질로, 양자 제한 효과에 의한 밴드갭 조절이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 하지만 대부분의 그래핀 양자점을 활용한 연구에서 레이저 분쇄나 수열 처리 등과 같은 복잡하고 접근성이 떨어지는 용액 공정들이 박막 형성에 사용되고 있다. 본 연구에서는 Indium tin oxide(ITO)/$TiO_2$/Poly(3-hexylthiophene)(P3HT)/Al 구조로 구성된 태양전지의 Donor/Acceptor 계면에 그래핀 양자점을 단순한 초음파 처리를 통해 용매에 분산시켜 박막 공정에 사용하였음에도 불구하고, 단락 전류를 $1.26{\times}10^{-5}A/cm^2$에서 $7.46{\times}10^{-5}A/cm^2$으로, 곡선인자(Fill factor)를 0.27에서 0.42로 향상된 결과를 확인하였다. 이러한 결과를 트랜지스터 구조의 소자를 활용한 전기적 성질 확인과 순환 전압-전류법을 통한 에너지 레벨 분석 및 가시광 흡수 스펙트럼 분석 등을 통하여 고찰하였다. 본 연구 결과를 통해 그래핀 양자점 용액 공정이 복잡한 처리 공정 없이도, 보다 폭넓게 활용 가능할 것으로 예상된다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제19권6호
• /
• pp.587-599
• /
• 2018

건물일체형 태양광 발전(BIPV) 시스템은 태양광 모듈을 건축부자재와 결합하여 설치함으로써 주거, 보관, 경제성 요소 등의 건축물 기능을 만족시키면서도 태양광 발전기능을 동시에 수행하기 위한 통합시스템이다. 시스템 통합으로 인해 얻게 되는 장점이 있지만, 태양광 발전기능을 극대화할 수 있는 설계가 필요하다. 선행연구로서 컴퓨터 시뮬레이션과 실증으로 여러 가지 설계요소들이 발전성능에 미치는 영향분석 결과들이 발표되었지만, 발전성능 분석의 부정확성, 설계요소 간의 관계분석의 미흡, 제한된 실증 범위 등이 문제점으로 남아 있다. 이 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 먼저 발전성능을 실증으로 평가할 수 있도록 목업 시험동을 설계 및 구축하고, 실증시스템 운영에서 획득한 데이터의 통계분석을 수행한 결과를 바탕으로 설계 방안을 연구한다. 구체적으로 주요 설계요소로서 모듈의 종류(c-Si, a-Si), 설치각도($90^{\circ}$, $75^{\circ}$, $30^{\circ}$, $15^{\circ}$, $3^{\circ}$), 설치방향(서향, 남서향, 남향, 남동향, 동향) 등을 선택하였다. 선택된 설계요소들의 발전성능에 대한 영향을 분석하기 위해, 1년간의 운영 데이터를 획득하여 통계적인 기법으로 데이터의 유효성을 검증하였으며, 또한 다양한 설계요소들 사이의 관계분석을 통하여 발전성능이 최적화되는 설계안을 제시하였다. 이 연구결과는 향후 BIPV 시스템의 적용성 여부에 대해 판단할 때, 그리고 BIPV 시스템을 설계할 때 설계요소들의 최적 선택에 대한 자료가 될 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제16권10호
• /
• pp.7176-7181
• /
• 2015

본 논문은 방초, 방림, 로드킬 등이 적용된 고기능 가드레일 지주에 태양광 모듈을 부착하여 자체 전력을 생산하고 USN을 이용하여 야생동물의 출현과 자동차 도로의 상황을 통합 관제 및 상시 감시할 수 있는 시스템에 관한 것이다. 전체 시스템은 태양광 발전 모듈, 감지 센서부(초전형), 제어부(동작 선택부 및 동작 센서부), USN시스템, DB(응향 및 섬광), 음향 및 섬광 출력부, 로드킬 방지 및 자동차 안전유도 제어 시스템으로 구성된다. 따라서, 도로환경의 개선과 로드킬을 방지하여 동물들을 보호할 수 있고 자동차를 안전하게 유도하며 신재생에너지와 IT융합 기술이 접목된 USN을 이용한 다목적 가드레일의 원격제어 및 모니터링 시스템에 관한 연구이다. USN을 이용한 원격제어 및 모니터링 시스템의 실험결과 무인 감지 시스템의 동작시간은 5.1 ms 이내, 소비전류는 0.328 mA이며 원격제어 시스템의 데이터 전송 속도는 250 kbps, 소비전류는 0.283 mA로 구현됨을 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
• /
• pp.441-441
• /
• 2012

Franz Keldysh Oscillation (FKO)은 p-n 접합 구조의 Photoreflectance (PR) spectra에서 표면 및 계면의 전기장(electric field) 특성을 반영한다. InAs/GaAs 양자점 태양전지(Quantum Dot Solar Cell, QDSC) 구조에서 InAs 양자점 층 전후에 AlGaAs 층을 삽입하여 퍼텐셜 장벽(potential barrier) 두께에 따른 PR spectra 및 GaAs-matrix에서 FKO 주파수 특성을 비교 분석하였다. InAs/GaAs 양자점 태양전지는 p-i-n 구조의 i-GaAs에 2.0 monolayer (ML), 8주기의 InAs 양자점 층을 삽입하여 Molecular Beam Epitaxy (MBE) 방법으로 성장하였다. 각 양자점 층 전후에 두께가 각각 0.0, 1.6, 2.8, 6.0 nm인 AlGaAs 층을 삽입하여 퍼텐셜 장벽 두께에 따른 FKO 주파수 변화를 관측하였다. 또한 태양전지 구조의 전기장 분포를 좀 더 용이하게 관측하기 위해 여기 광의 세기(power intensity)를 충분히 낮추어 Photovoltaic effect에 의한 내부 전기장의 변화를 최소화하여 비교 분석하였다. InAs/GaAs 양자점 태양전지 구조에서 AlGaAs 장벽층이 없는 경우, PR spectra의 Fast Fourier Transform 결과에 반영되는 FKO 주파수 특성은 p-i-n 구조 계면에서 공핍층(depletion region)의 space charge field보다 양자점 층의 내부 전기장에 의한 FKO 주파수가 더 큰 진폭(amplitude)을 보였다. 반면에, AlGaAs 장벽층이 삽입되면 두께가 커짐에 따라 p-i-n 구조 계면의 space charge field에 의해 더 큰 진폭의 FKO 주파수가 관측되었다. 이는 AlGaAs 장벽층이 삽입됨으로써 양자점 층 내 양자 상태 수 및 여기광에 의한 캐리어의 수와 관련이 있음을 확인하였으며, 결과적으로 GaAs-matrix에서 p-i-n 구조 계면의 space charge field에 영향을 미치게 됨을 알 수 있다. 이러한 PR 특성 결과들을 InAs/GaAs 양자점 태양전지의 설계 및 제조에 반영함으로써 양자효율 증대에 기여할 것으로 기대된다.

• 청정기술
• /
• 제23권2호
• /
• pp.121-132
• /
• 2017

온실가스 배출과 지구온난화 문제로 인하여 화석연료를 대체할 수 있는 신재생에너지 개발 및 확산의 필요성이 증가하고 있는데, 청정에너지원인 수소가 주목을 받고 있다. 수소는 지구상에서 가장 많이 존재하는 원소이며, 화석연료, 바이오매스 및 물 등 다양한 형태로 존재한다. 수소를 연료로 사용하기 위해서는 경제적인 방법뿐만 아니라 환경에 미치는 영향을 최소화하는 방법으로 생산하는 것이 중요하다. 수소생산방법에는 전통적 방법인 화석연료 개질반응을 통한 생산과 재생가능한 방법인 바이오매스 및 물을 이용한 생산으로 나뉜다. 화석연료를 이용한 수소생산은 습윤개질반응, 자열개질반응, 부분산화반응 및 가스화반응 등 열화학적 방법으로 가능한데, 이를 청정에너지원으로서 사용하기 위해서는 수소생산과 더불어 이산화탄소 포집이 필요하다. 바이오매스를 이용한 수소생산은 그 양이 매우 미미한 수준이며, 특히 생물학적 전환법은 효율증가를 위한 반응기 구성, 수소생산미생물 배양 등 효과적으로 수소를 생산하기 위한 연구가 더욱 진행되어야 한다. 물분해를 통한 수소생산이 가장 청정한 수소생산기술이지만 태양광, 태양열, 풍력 등 재생 가능한 에너지원으로부터 충분한 에너지공급이 가능해야 한다.

• 전기화학회지
• /
• 제13권2호
• /
• pp.89-95
• /
• 2010

Cu(In, Ga)$Se_2$ (CIGS) 박막은 다원화합물이기 때문에 제조공정이 매우 까다롭다. 진공장치를 사용하는 제조 방법으로 동시증착법, 스퍼터링법 +셀렌화가 있고, 비진공 제조 방법으로 전기화학적인 전착법이 있다. 각 방법에 있어서도 출발 물질의 종류에 따라 다양한 제조 방법이 동원 될 수 있다. 진공증착에 의한 방법은 고품질의 박막을 얻는데 사용 되고 있으나 고가의 진공장비가 사용되므로 대면적화에 따른 제조비용 측면에서 문제가 있다. 이에 비하여, 전착법은 간단하면서도 저가로 대면적화를 이룰 수 있다는 장점 때문에, 많은 관심이 기울여지고 있다. 본 연구에서는 Mo/Glass전극위에 Ga/(In + Ga) = 0.3의 성분비를 만족시키는 CIGS 박막을 전기화학적으로 제조하기 위하여, $Cu^{2+}$, $In^{3+}$, $Ga^{3+}$, $Se^{4+}$ 4성분을 모두 포함하는 전해질 수용액 내에서, 4성분의 이온들이 동시에 환원되는 전위를 조절하여 CIGS 박막을 전착 하였다. SEM을 이용하여 얻어진 CIGS 박막의 전착된 시료의 표면을 관찰하였고, EDS로 그 조성을 분석하였다. 또한, XRD를 이용하여 전착시료의 열처리 전후의 결정성변화를 조사하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제24권12호
• /
• pp.5-11
• /
• 2023

도로나 태양광 발전시설의 인위적으로 조성된 지반이 집중호우와 같은 강우에 의해서 약화되면서 발생되는 산사태, 토석류 등에 의해 경제적 피해가 발생하고 있다. 인위적으로 조성된 지반의 안정성을 파악하기 위해서 지층의 구성상태, 역학적 특성등의 지반정보 확인이 매우 중요하다. 하지만 조사부지가 대부분 급경사로 이루어지거나 진입로가 대부분 없기 때문에 지반정보를 확인하기 위해 일반적으로 사용되고 있는 시추장비와 표준관입시험의 수행이 쉽지 않다. 본 연구에서는 소형화한 오거시추 장비와 자동낙하장치를 적용한 동적콘관입시험(Dinamic Cone Penetrometer, DCP) 장비를 개발하여 산지태양광 부지에서의 적용성을 확인하기 위하여 콘저항값 및 동적콘관입시험값과 표준관입시험값의 상관관계를 분석하였다. 그 결과 콘저항값은 q_c = 0.46 N, 동적콘관입시험값(N_d)는 N_d = 1.58 N으로 기존연구자들의 결과와 유사한 값을 확인하여 그 신뢰성을 확보하였다.

• 에너지공학
• /
• 제23권4호
• /
• pp.31-40
• /
• 2014

국제적인 온실가스 감축 논의에 대한 구체적인 대응방안의 하나로, 우리나라는 2035년까지 신재생에너지 보급률 11% 달성을 목표로 하는 제2차 에너지기본계획을 수립하였다. 국내 신재생에너지 부문은 8개 분야 재생에너지(태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지)와 3개 분야 신에너지(연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지) 등 총 11개 분야로 구성되어 있다. 신재생에너지 보급 확대를 위한 정부와 민간의 투자가 늘어나면서, 신재생에너지 부문의 경제적 파급효과를 규명할 필요성도 증가하고 있다. 이에 본 논문에서는 가장 최근에 발표된 2012년도 산업연관표를 이용한 산업연관분석을 적용하여 신재생에너지 부문의 경제적 파급효과를 분석하고자 한다. 먼저 수요유도형 모형을 이용하여 신재생에너지 부문의 생산유발효과, 부가가치 유발효과, 취업유발효과를 분석한다. 둘째, 공급유도형 모형을 활용하여 공급 지장효과를 살펴본다. 마지막으로 레온티에프 가격모형을 통해 물가파급효과를 도출한다. 분석결과는 다음과 같이 된다. 첫째, 신재생에너지 부문의 1원 생산 또는 투자는 2.1776원의 생산과 0.7080원의 부가가치를 유발한다. 아울러 신재생에너지 10억원 생산 또는 투자의 취업유발효과는 9.0337명이다. 둘째, 신재생에너지 부문의 1원 공급지장으로 인한 국민경제 전체적인 생산 차질액은 1.6314원으로 분석되어 그 값이 작지 않았다. 셋째, 신재생에너지 부문 산출물의 가격이 10% 오를 때의 국민경제 전체적인 물가파급효과는 0.0123%로 작은 편이다. 이상의 정량적 정보는 신재생에너지 부문의 생산 및 투자 확대의 경제적 파급효과를 사전적으로 예측하는 데 중요한 정보로 활용될 수 있다.