Kim, Do-Hyun;Kim, Hyun-Woo;Park, Joung-Hu;Jeon, Hee-Jong
Journal of Power Electronics
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제15권6호
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pp.1468-1479
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2015
Renewable energy resources such as wind and photovoltaic power generation systems demand a high step-up DC-DC converters to convert the low voltage to commercial grid voltage. However, the high step-up converter using a transformer has limitations of high voltage stresses of switches and diodes when the transformer winding ratio increases. Accordingly, conventional studies have been applied to series-connect multioutput converters such as forward-flyback and switched-capacitor flyback to reduce the transformer winding ratio. This paper proposes new single-ended converter topologies of an isolation type and a non-isolation type to improve power efficiency, cost-effectiveness, and output ripple. The first proposal is an isolation-type charge-pump switched-capacitor flyback converter that includes an extreme-ratio isolation switched-capacitor cell with a chargepump circuit. It reduces the transformer winding number and the output ripple, and further improves power efficiency without any cost increase. The next proposal is a non-isolation charge-pump switched-capacitor-flyback tapped-inductor boost converter, which adds a charge-pump-connected flyback circuit to the conventional switched-capacitor boost converter to improve the power efficiency and to reduce the efficiency degradation from the input variation. In this paper, the operation principle of the proposed scheme is presented with the experimental results of the 100 W DC-DC converter for verification.
The superconducting motor shows several advantages such as smaller size and higher efficiency against conventional motor especially utilized in ship propulsion application. However, this size reduction merit appears in large capacity more than several MW. We are going to develop a 5MW class synchronous motor with rotating High-Temperature Superconducting (HTS) coil. that is aimed to be utilized for ship propulsion so it has very low-speed, The ship propulsion motor must generate very high electromagnetic torque instead of low-speed. Therefore. the rotor (field) coils need very large magnetic flux that results in large amount of expensive HTS conductor for the field coil. In this paper a 5MW HTS motor for ship propulsion is considered to be designed with construction cost reduced via HTS field coil cost reduction because HTS conductor cost is critical factor in the construction cost of HTS motor. In order to reduce the HTS conductor amount. iron-cored rotor types are considered. so several cases with iron-core are compared one another and with an air-core case.
This paper proposes a two-stage step-down buck and a tapped-inductor boost cascaded converter for high efficiency photovoltaic micro-inverter applications. The proposed inverter is a new structure to inject a rectified sinusoidal current into a low-frequency switching inverter for single-phase grid with unity power factor. To build a rectified-waveform of the output current. the converter employs both of a high efficiency step-up and a step-down converter in cascade. In step-down mode, tapped inductor(TI) boost converter stops and the buck converter operates alone. In boost mode, the TI converter operates with the halt of buck operation. The converter provides a rectified current to low frequency inverter, then the inverter converts the current into a unity power-factor sinusoidal waveform. By applying a TI, the converter can decrease the turn-on ratios of the main switch in TI boost converter even with an extreme step-up operation. The performance validation of the proposed design is confirmed by an experimental results of a 120W hardware prototype.
In this paper, 4-phase switched reluctance motor(SRM) with 8-stator and 6-rotor pole structure is proposed for a high speed fan with a low voltage. The air blower has unidirectional rotation characteristics and requires a low torque ripple and noise as well as high efficiency. To achieve the requirements, voltage and current according to loading condition of limited specification is considered. Design process is to select the bore diameter, pole arc, york of stator and rotor to get a high torque and efficiency. To verify the validity of the proposed structure, finite element method(FEM) is employed to get the performances. And the converter for the proposed SRM is employed a 1.5q power converter for cost effectiveness. Prototype SRM is manufactured and tested, and the test results show this design is within the specification and good for the air blower applications.
Ju, Yeonkyeong;Kim, Byeong Jo;Lee, Sang Myeong;Yoon, Jungjin;Jung, Hyun Suk
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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pp.416-416
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2016
Organic-inorganic metal halide perovskite solar cells have received attention because it has a number of advantages with excellent light harvesting, high carrier mobility, and facile solution processability and also recorded recently power conversion efficiency (PCEs) of over 20%. The major issue on perovskite solar cells have been reached the limit of small area laboratory scale devices produced using fabrication techniques such as spin coating and physical vapor deposition which are incompatible with low-cost and large area fabrication of perovskite solar cells using printing and coating techniques. To solution these problems, we have investigated the feasibility of achieving fully printable perovskite solar cells by the blade-coating technique. The blade-coating fabrication has been widely used to fabricate organic solar cells (OSCs) and is proven to be a simple, environment-friendly, and low-cost method for the solution-processed photovoltaic. Moreover, the film morphology control in the blade-coating method is much easier than the spray coating and roll-to-roll printing; high-quality photoactive layers with controllable thickness can be performed by using a precisely polished blade with low surface roughness and coating gap control between blade and coating substrate[1]. In order to fabricate perovskite devices with good efficiency, one of the main factors in printed electronic processing is the fabrication of thin films with controlled morphology, high surface coverage and minimum pinholes for high performance, printed thin film perovskite solar cells. Charge dissociation efficiency, charge transport and diffusion length of charge species are dependent on the crystallinity of the film [2]. We fabricated the printed perovskite solar cells with large area and flexible by the bar-coating. The morphology of printed film could be closely related with the condition of the bar-coating technique such as coating speed, concentration and amount of solution, drying condition, and suitable film thickness was also studied by using the optical analysis with SEM. Electrical performance of printed devices is gives hysteresis and efficiency distribution.
In previous researches, the self-stability was studied for the spring-mass model and the two segment leg model. In these researches, it was presented that the spring-mass model has the self-stable region at relatively high speed running and the two segment leg model has the self-stable region at relatively low speed running. If the model was run in the self-stable region, the cost of transport is zero ideally. That is, actually, only the energy loss is needed to compensate for running. This means that the energy efficiency is high, running in the self-stable region. We want to have high energy efficiency at low and high speed running. So, in this paper, we propose the design direction of the three segment leg having the self-stable region at low and high speed running. And we prove the self-stable region of the three segment leg designed by the proposed design direction.
In this paper, present status of super high-efficiency tandem solar cells has been reviewed and key issues for realizing super high-efficiency have also been discussed. In addition, the terretrial R&D activities of tandem cells, in the New Sunshine Program of MITI(Ministry of International Trade and Industry) and NEDO(New Energy and Industrial Technology Development Organization) in Japan are reviewed briefly. The mechanical stacked 3-junction cells of monolithically grown InGaP/GaAs 2-junction cells and InGaAs cells have reached the highest efficiency achieved in Japan of 33.3% at 1-sun AM1.5. This paper also reports high-efficiency InGaP/GaAs 2-junction solar cells with a world-record efficiency of 26.9% at AM0, 28$^{\circ}C$ and radiation damage recovery phenomena of the tandem cell performance due to minority-carrier injection under light illumination or forward bias, which causes defect annealing in InGaP top cells. Future prospects for realizing super-high efficiency and low-cost tandem solar cells are also described.
The feasibility study of UV-disinfection system was performed for disinfection of effluent from wastewater treatment plant. Three low-pressure UV lamps of 17, 25, and 41 W were examined with various flow rates. Low-pressure UV lamps of 17W were examined with various turbidity, DOM (dissolved organic matter), and SS (suspended solid). The pilot plant was a flow-through type UV-disinfection system, and the range of exposure time varied from 5 to 40 seconds, turbidity from 0 to 40 NTU, DOM from 0 to 30 mg/L, and SS from 10 to 40 mg/L. The 41W lamp demonstrated complete disinfection showing no survival ratio in all the experimental conditions, and generally 17W and 25W lamps also showed high removal ratio over 97%. For the same UV dose (UV intensity times exposure time), high intensity-short exposure conditions showed better disinfection efficiency than low intensity-long exposure conditions. While the effects of turbidity and DOM were not apparent, the effects of SS was significant on the disinfection efficiency which indicates that SS control before UV-disinfection appears to be necessary to increase removal efficiency. Considering characteristics of effluent from existing wastewater treatment plants, cost-effectiveness, stable performance, and minimum maintenance, the flow-through type UV-disinfection system with high intensity and low-pressure lamps was thought to be a competitive disinfection system for wastewater reclamation.
With the efforts to development of renewable energy technologies, and increasing awareness to environmental issues, the usage of wood pallets has been increasing every year since the introduction of wood pallet technology to the domestic market. until 2009, majority usage of pellet boiler was in the residential houses. In an effort to increase the distribution of wood pellet boiler to cultivation facilities with high usage of fuels, The Ministry of Agriculture and Forestry has launched a distribution project of wood pellet boiler for fuel usage as a part of the agricultural and fishery energy efficiency projects. Although only small number of farms with a heat-culturing facility have replaced from conventional boiler to pellet boiler. Although part of reason for low usage of pallet boiler is lack of understanding and information of it, the main reasons are high initial cost and uncertainty of its cost efficiency. Also, most people from agricultural industry don't realize it's significance in terms of environmental benefit due to lack of understanding in 'resource circulation' and 'adopting to climate change'. In this study, first, we did a cost-efficiency analysis of the farm which uses a diesel boiler to grow cucumber, tomato, paprika. Then we replaced the diesel boiler to a pallet boiler and measured its cost-efficiency again. By comparing the cost-efficiency of the diesel boiler with the pellet boiler, we analyzed the economic viability of pellet boiler. Then we analyzed viability of pallet boiler usage in terms of 'resource circulation' and 'adopting to climate change'. As a result of our analysis, we have found out that under the current system of government support, the energy usage varies depends of the types crops grown and the higher the energy use, the more cost efficient it is to use the pallet boiler. Also, it is economically viable to use the pallet boiler in terms of 'resource circulation' and 'adopting to climate change'.
High voltage gain converters are essential for distributed power generation systems with renewable energy sources, such as fuel cells and solar cells, because of their low voltage characteristics. This paper introduces a novel nonisolated DC-DC converter topology developed by combining an inverting buck-boost converter and voltage multipliers. In the proposed converter, the input voltage is connected in series with the output, and the majority of the input power is directly delivered to the load. The voltage multipliers are stacked in series to achieve high step-up voltage gain. The voltage stress across all of the switches and capacitors can be significantly reduced. As a result, the switches with low voltage ratings can be used to achieve high efficiency and low cost. To verify the validity of the proposed topology, a 360-W prototype converter is built to obtain the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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