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PTC형 태양열 집열기로 조사되는 PV cell의 열적 성능
황선엽(Hwang, Seon Yeob),강태곤(Kang, Tae Gon),부준홍(Boo, Joon Hong) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.05
본 연구에서는 PV cell이 직달 일사에 노출되는 경우와 집광된 태양광에 조사되는 경우의 성능을 비교하는 한편 집광기의 형태에 따른 열적 성능을 검토하고자 하였다. PV cell은 본질적으로 반도체의 특성을 가지므로 작동온도의 상승에 따라 성능이 저하된다는 사실이 알려져 있으며, 태양조사의 강도 및 밀도 등 특성에 따라서도 성능의 변화를 예상할 수 있다. 그러나 이러한 성능변화에 관련된 인자들과 그 영향의 크기에 대한 정량적인 기술자료가 부족하므로 설치와 이용에 한계가 있는 것이 현실이다. 인공태양 장치(solar simulator)를 이용하여 0.7에서 1.2 sun 범위의 태양 조사 환경에서 결정질 실리콘계 PV cell과 집광형 PV cell의 성능을 검토하였다. 집광에 사용한 PTC는 집광면적의 폭이 500 mm이며, 집광 조사면적이 최소 10 mm인 경우 이론적 최대 집광비가 50이었다. PTC의 축방향으로는 균일한 태양조사가 있게된다는 것을 가정하여 모델의 길이는 간편한 실험을 위해 150에서 500 mm의 범위에서 제작하였다. 수평으로 놓인 PTC의 상부 초점 위치로부터 집광면이 아래 쪽에 위치할수록 집광 조사 면적이 증가하므로 PV cell의 크기에 따라 PTC 초점의 위치로부터 거리를 결정하였다. 한편, PTC 자체의 성능도 촛점거리와 집광면 폭의 비에 따라 달라질 수 있다는 가정 하에, 포물면의 최저 위치로부터 촛점거리는 각각 300, 400 및 500 mm가 되도록 세가지 형태를 제작하여 사용하였다. 동일한 형태의 PTC에서 PV cell의 동일한 설치 위치에서도 최고 110?C 범위의 PV cell의 작동 (표면) 온도에 따른 성능의 차이를 관찰하기 위해 셀의 후면을 냉각시키는 경우와 그렇지 않은 경우를 비교하였다. PV cell의 표면 온도 측정을 위해서, 후면의 온도와 같이 광선 차단 효과의 우려가 없는 경우에는 열전대를 설치하였으며, 셀의 전면 온도 측정을 위해서는 비접촉식 적외선 온도계를 사용하였다. 냉각 방법으로는 공기를 이용한 자연대류와 액체를 사용하는 강제대류의 경우를 고려하였으며, 필요에 따라 적절히 설계된 히트싱크를 설치하여 비교 실험을 진행하였다. 강제대류 냉각의 경우는 항온조를 사용하여 순환하는 냉각수의 유량과 공급온도를 변화시킴으로써 PV cell의 작동온도를 조절하고, 이에 따른 발전 성능의 변화를 관찰하였다. 본 연구에서 도출한 실험 및 분석 결과는 PV cell의 설치 환경과 작동온도의 변화에 따라 그 성능 변화를 예측할 수 있는 기술적 자료를 제공함으로써 에너지 이용의 합리화를 도모하는데 기여할 수 있을 것이다.
고동욱(Dong Wook Kho),황선엽(Seon Yeob Hwang),정원복(Won Bok Chung),부준홍(Joon Hong Boo) 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.11
Carbon steel is a sturdy but inexpensive material and is preferred to copper or stainless steel wherever a lower cost is desirable. However, carbon steel-water combination is known to be incompatible for heat pipes due to generation of non-condensible gases during operation. The life time of the carbon steel-water heat pipe was tested based on the Arrhenius model using accelerated life-test scheme. Mass generation of the non-condensible gas was estimated by measuring axial temperature distribution of the heat pipes. The test was conducted with 8 heat pipes and 2 thermosyphons with 1.2-m length and 2.54-㎝ outer diameter in an elevated temperature range, 165~250℃. From the test results, the heat pipe with a chemical retardant added in the working fluid exhibited about 5 years of life time, which was much longer than the one without the additive.
박민규(Min Kyu Park),곽호협(Ho Hyup Kwak),황선엽(Seon Yeob Hwang),이정륜(Jung Ryun Lee),부준홍(Joon Hong Boo),김종규(Jong Kyu Kim),강용혁(Yong Hyuk Kang) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.11
An experimental study was conducted to investigate the thermal performance of a heat pipe having two dissimilar condenser sections which were subject to different boundary conditions. The first condenser dissipates heat to the surrounding air through annular fins by natural convection, while the second one is cooled by a liquid by forced convection at different temperatures. The container and the wick were made of stainless steel and the working fluid was Dowtherm-A for medium-temperature applications. The diameter and length of the heat pipe were 25.4 ㎜ and 1 m, respectively. The maximum thermal load was 1 ㎾ and the operating temperature was around 250 . The liquid fill charge was adjusted so that the first condenser section may work as an evaporator when the original evaporator was inactive in a vertical configuration. The experimental results were analyzed in terms of thermal resistance and effective thermal conductance against input heat flux and operating temperature.