Ha, Ju-wan;Park, Kyung-soon;Kim, Hwan-yong;Song, Young-hak
Architectural research
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v.20
no.3
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pp.93-102
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2018
With the change in Earth's ecosystems due to climate change, a number of studies on zero energy buildings have been conducted globally, due to the depletion of energy and resources. However, most studies have concentrated on residential and office buildings and the performance predictions were made only in the design phase. This study verifies the zero-energy performance in the operational phase by acquiring and analyzing data after the completion of an exhibition building. This building was a retention building, in which a renewable energy system using a passive house building envelope, solar photovoltaic power generation panels, as well as fuel cells were adopted to minimize the maintenance cost for future energy-zero operations. In addition, the energy performance of the building was predicted through prior simulations, and this was compared with actual measured values to evaluate the energy performance of the actual operational records quantitatively. The energy independence rate during the measurement period of the target building was 123% and the carbon reduction due to the energy production on the site was 408.07 tons. The carbon reduction exceeded the carbon emission (331.5 tons), which verified the carbon zero and zero-energy performances.
Dual-mode photovoltaic power system should be capable of operating in grid-connected (GC) and stand-alone (SA) modes for distributed generation. Under different working modes, the optimal parameters of inverter output filters vary. Inverters commonly operate in GC mode, and thus, a small capacitance is beneficial to the GC topology for achieving a reasonable compromise. A predictive current control scheme is proposed to control the grid current in GC mode and thereby obtain high-performance power. As filter are not optimal under SA mode, a compound control strategy consisting of predictive current control, instantaneous voltage control, and repetitive control is proposed to achieve low total harmonic distortion and improve the output voltage spectrum. The seamless transfer between GC mode and SA mode is illustrated in detail. Finally, the simulation and experimental results of a 4 kVA prototype demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.3
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pp.513-521
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2017
Robust optimal operation of a microgrid is required since the increase of the penetration level of renewable generators in the microgrid raises uncertainty due to their intermittent power output. In this paper, an application of probabilistic optimization method to economical operation of a microgrid is studied. To simplify the treatment of the uncertainties of renewable generations and load, the new 'band of virtual equivalent load variation' is introduced considering their uncertainties. A simplified robust optimization methodology to generate the scenarios within the band of virtual equivalent load variation and to obtain the optimal solution for the worst scenario is presented based on Monte Carlo method. The microgrid to be studied here is composed of distributed generation system(DGs), battery systems and loads. The distributed generation systems include combined heat and power(CHP) and small generators such as diesel generators and the renewable energy generators such as photovoltaic(PV) systems and wind power systems. The modeling of the objective function for considering interruption cost by the penalty function is presented. Through the case study for a microgrid with uncertainties, the validity of proposed robust optimization methodology is evaluated.
The integration of photovoltaic (PV) energy sources into DC grid has gained considerable attention because of its enhanced conversion efficiency with reduced number of power conversion stages. During the integration process, a local control unit is normally included with every power conversion stage of the PV source to accomplish the process of maximum power point tracking. A centralized monitoring and supervisory control unit is required for monitoring, power management, and protection of the entire system. Therefore, we propose a field-programmable gate array (FPGA) based centralized control unit that integrates all local controllers with the centralized monitoring unit. The main focus of this study is on the process of integrating many local control units into a single central unit. In this paper, we present design and optimization procedures for the hardware implementation of FPGA architecture. Furthermore, we propose a transient analysis and control design methodology with consideration of the nonlinear characteristics of the PV source. Hardware experiment results verify the efficiency of the central control unit and controller design.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.25
no.2
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pp.118-126
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2020
A solar array simulator is a special power supply that regulates the output voltage and current to simulate the characteristics of a photovoltaic panel. The operating point of the panel is difficult to control with a single controller because of the non-linearity of the output curve, which is determined by the amount of irradiation, temperature, and panel material. In the conventional method, the output curve is divided into sections through the current and the voltage mode controls. It reduces the overall performance of the system due to the interchanging control mode. By using the single mode controller, the noise interference of the measured value and the stability of the control around the maximum power point were demonstrated. To solve these issues, this study proposes a new unified controller. The stability of the controller was analyzed along with operating principles, and performance improvement was experimentally verified.
We developed a highly efficient organic photovoltaic (OPV) cell with a poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)]:[6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester active layer for harvesting lower-intensity indoor light energy to power various self-powered sensor systems that require power in the microwatt range. In order to achieve higher power conversion efficiency (PCE), we first optimized the thickness of the active layer of the OPV cell through optical simulations. Next, we fabricated an OPV cell with optimized active layer thickness. The device exhibited a PCE of 12.23%, open circuit voltage of 0.66 V, short-circuit current density of 97.7 ㎂/cm2, and fill factor of 60.53%. Furthermore, the device showed a maximum power density of 45 ㎼/cm2, which is suitable for powering a low-power (microwatt range) sensor system.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.35
no.6
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pp.616-621
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2022
Numerical simulation is a good way to predict the conversion efficiency of solar cells without a direct experimentation and to achieve low cost and high efficiency through optimizing each step of solar cell fabrication. TOPCon industrial solar cells fabricated with n-type silicon wafers on a larger area have achieved a higher efficiency than p-type TOPCon solar cells. Electrical and optical losses of the front surface are the main factors limiting the efficiency of the solar cell. In this work, an optimization of boron-doped emitter surface and front electrodes through numerical simulation using "Griddler" is reported. Through the analysis of the results of simulation, it was confirmed that the emitter sheet resistance of 150 Ω/sq along the front electrodes having a finger width of 20 ㎛, and the number of finger lines ~130 for silicon wafer of M6 size is an optimized technology for the front emitter surface of the n-type TOPCon solar cells that can be developed.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.24
no.4
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pp.166-176
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2010
The output characteristics of photovoltaic(PV) arrays are nonlinear and are affected by the temperature and solar insolation of cells. Maximum power point tracking(MPPT) methods are used to maximize PV array output power by tracking maximum power point(MPP) continuously. To increase the output efficiency of PV system, it is important to have more efficient MPPT. This paper proposes a novel maximum power point tracking(MPPT) control algorithm considering insolation to improve efficiency of PV system. The proposed algorithm is composed perturb and observe(P&O) method and constant voltage(CV) method. The proposed method is simulated under varying operating conditions. The effectiveness of these different MPPT methods is investigated thoroughly by PSIM simulation. The simulation results show that this proposed method provides better performance than conventional methods at a variable insolation without self-excited vibration of the power. By the simulation results, the validity of the proposed HB method is proved.
Three heteroleptic ruthenium sensitizers, Ru(L)($L^1)(NCS)_2$ [L = 4,4'-dicarboxylic acid-2,2'-bipyridine, Ru-T1: $L^1$ = (E)-2-(4'-methyl-2,2'-bipyridin-4-yl)-3-(thiophen-2-yl)acrylonitrile, Ru-T2: $L^2$ = (E)-3-(5'-hexyl-2,2'-bithiophen-5- yl)-2-(4'-methyl-2,2'-bipyridin-4-yl)acrylonitrile, and Ru-T3: $L^3$ = (E)-3-(5"-hexyl-2,2':5',2"-terthiophen-5-yl)-2- (4'-methyl-2,2'-bipyridin-4-yl)acrylonitrile)], were synthesized and used as photosensitizers in nanocrystalline dyesensitized solar cells (DSSCs). The introduction of the 3-(5-hexyloligothiophen-5-yl)acrylonitrile group increased the conjugation length of the bipyridine donor ligand and thus improved their molar absorption coefficient and light harvesting efficiency. DSSCs with the configuration of Sn$O_2$: F/Ti$O_2$/ruthenium dye/liquid electrolyte/Pt devices were fabricated using these Ru-$T1{\sim}T3$ as a photosensitizers. Among the devices, the DSSCs composed of Ru-T2 exhibited highest power conversion efficiency (PCE) of 2.84% under AM 1.5 G illumination (100 mW/$cm^2$).
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.24
no.8
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pp.40-47
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2010
In this paper, we propose a probability method to determine minimum capacity of energy storage system(ESS) for Micro Grid(MG). Because of high capital cost of ESS, it's very important to determine optimal capacity of ESS and for stable operation of MG and we should determine minimum capacity of ESS. The proposed method has abilities to consider forced outage rate of generators and intermittent of non-dispatchable generators and minimum capacity make MG keep energy balancing by oneself.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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