메탈 할라이드 램프를 이용한 태양광 복사 가속화 시험장치 개발

이상봉,김명준,김현덕,강태엽,백상화,박정선 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.4

태양광 복사 에너지에 의한 재료의 특성 변화 연구 필요성에 따라 국내 및 국외에서 태양광 복사 현상에 대한 다양한 연구가 군수 분야, 건축 분야 등을 위해 수행되고 있다. 본 논문에서는 미 군사 시험규격 중 환경 시험에 관한 MIL-STD-810을 시험 지침으로 하여 태양광 모사에 적합한 특수 램프 중 하나인 메탈 할라이드 램프를 이용해 태양광 복사 현상을 가속화 하여 모사할 수 있는 시험 장치를 개발하였다. 광학 필터를 통하여 램프의 분광 스펙트럼이 실제 태양광 스펙트럼에 가깝도록 모사하였으며, 반사갓을 장착하여 복사량을 높였다. 제작된 시험 장치는 램프로부터 70cm의 거리에서 약 2,000W/㎡이상 측정되었으며 지표면에서의 태양광 복사량 1,120W/㎡의 두 배 이상 되는 값을 만족하였다. Studies on researching and predicting the change of mechanical properties of materials by the solar radiation energy are being done for military and architectural fields. In this paper, an accelerated simulator was developed using a metal halide lamp based on MIL-STD-810 which is a kind of US-military-standards. An optical filter and a reflector were installed to match up with the spectrum of the sun light and exceeding two times of the irradiance level at sea level mentioned in MIL-STD-810. The measurement result is beyond 2,000W/㎡ exceeding two times of 1,120W/㎡ which is that of sea level when the distance between and test bed is 70cm.

복사막이의 종류에 따른 기온 계측치의 변화

남상운 ( S. W. Nam ),신현호 ( H. H. Shin ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

정확한 온도환경을 계측하는데 있어서 가장 영향을 미치는 것은 주간의 태양복사와 야간의 복사냉각이므로, 알루미늄 호일, 호일 처리한 PET병, 목재 백엽상, 플라스틱 백엽상을 사용하여 적합한 복사막이 방법을 검토하였다. 실험은 태양복사와 복사냉각의 영향을 비교하기 위하여 온실과 노지에서 수행하였다. 복사막이를 설치하지 않은(무처리)온도계는 태양복사에 직접적인 영향을 받아 온도가 가장 높았고, 야간에는 복사냉각의 영향을 받아 대체로 가장 낮게 온도가 측정되었다. 이것은 복사막이의 중요성을 설명해 주는 결과이며, 노지는 온실보다 복사냉각이 크게 일어나기 때문에 주·야간 온도변화의 경향이 상당히 급격하게 이루어지는 모습을 보였다. 온도계측에 미치는 복사막이의 영향을 비교하기 위해 주간은 최저온도를 기준으로 ΔT=0℃, 야간은 최고온도를 기준으로 ΔT=0℃이라 할 때, 온실과 노지 모두 주간에는 플라스틱 백엽상이 ΔT=0℃이고, 이때 무처리한 온도계의 값은 각각 ΔT=12.4℃, ΔT=16.1℃로 나타났다. 야간에는 알루미늄 호일이 ΔT=0℃ 일 때, 무처리한 온도계의 ΔT값은 각각 1.5℃, 1.8℃이였다. 이러한 결과로 주간에는 온실과 노지에 상관없이 플라스틱 백엽상이 태양복사에 의한 오차를 줄이는데 가장 적합하다고 보여지며, 야간에는 무처리를 제외한 어떠한 복사막이에서도 큰 차이를 보이지 않아 4가지 복사막이가 모두 비슷한 효과를 나타내는 것으로 나타났다. 또한, 일사량이 4가지 복사막이의 온도계에 미치는 오차의 영향은 일사량이 많았을 때 커지고, 일사량이 적었을 때 오차가 작아짐을 확인하였다. 다만, 온실에서는 일사량과 온도계측 오차의 상관성을 확인할 수 있었지만 노지에서는 실험 계측시의 일사량 차이가 크지 않아 그 경향을 확인할 수 없었다. 따라서 본 연구에서는 태양복사에 의한 오차를 줄이는데 가장 효과적인 복사막이는 플라스틱 백엽상이고 야간에는 알루미늄 호일과 같은 간접적인 방법으로 복사막이만 설치하여도 문제가 없는 것으로 판단된다.

태양 복사와 가시광선 복사 및 지구 복사와 적외선 복사의 관계에 대한 고등학생들의 인식

이종진,서은경,안유민 한국지구과학회 2022 한국지구과학회지 Vol.43 No.2

This study began with the hypothesis of whether “solar radiation” and “terrestrial radiation” can be replaced by “visible radiation” and “infrared radiation”, respectively. To this end, we investigated the perceptions of high school students who completed the Earth Science I course through a questionnaire to reveal how they perceived each concept. We also analyzed the descriptions and illustrations of textbooks that may have affected their perceptions. All of the students who participated in the questionnaire recognized solar radiation as radiation emitted only in the visible light region. About 35% of the students recognized convection, conduction, and latent heat as energy transfer by radiation in the Earth’s heat budget. By analyzing six types of Earth Science I textbooks in the 2015 revised curriculum, we observed that two types introduced the terms “shortwave radiation” and “longwave radiation” but had no explanation for them, while the other two described solar radiation as “radiation mainly in the visible light region” or “radiation in short wavelengths”. Regarding solar and terrestrial radiation in the last two types, there was no explanation for the wavelength regions, or ambiguous terms such as “short wavelength” and “long wavelength” were used. In addition, the two textbooks contained some errors in the illustration of the energy budget. Considering that textbooks described solar and terrestrial radiation without defining the exact terms for shortwave and longwave radiation, learners are likely to recognize solar and terrestrial radiation as visible and infrared radiation, respectively. This finding implies that vague statements or errors in textbooks can cause or reproduce students’ misconceptions. The discussion in this study is expected to be used as a helpful reference material for teaching and learning processes regarding the Earth's radiation equilibrium and heat budget, and thereby contribute to proposing reasonable description plans for future textbook writing 이 연구는 ‘태양 복사’가 ‘가시광선 복사’로, ‘지구 복사’가 ‘적외선 복사’로 상호 대체될 수 있는 개념인가에대한 문제 인식에서 출발하였다. 이를 위해 각 개념을 어떻게 인식하고 있는지를 드러낼 수 있는 질문지를 통하여 지구과학 I을 이수한 고등학생들의 인식을 조사하고, 이들의 인식에 영향을 미칠 수 있는 교과서의 서술 및 삽화를 분석하였다. 이 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 조사에 참여한 학생들은 모두 태양 복사를 가시광선 영역에서만 방출되는 복사로 인식하고 있으며, 지구 열수지에서 대류·전도·숨은열을 복사에 의한 에너지 전달로 인식하고 있는 학생들도 약 35%로 나타났다. 둘째, 2015 개정 교육과정의 지구과학 I 6종 교과서를 분석한 결과, 2종에서는 ‘단파 복사’와‘장파 복사’라는 용어를 도입하지만 이들에 대한 설명이 없었으며, 다른 2종에서는 태양 복사를 각각 ‘주로 가시광선 형태의 복사’ 또는 ‘파장이 짧은 가시광선 복사’로 서술하였다. 그 밖의 2종 교과서에 있는 태양 복사와 지구 복사에 관하여, 파장 영역에 대한 설명이 없거나 ‘단파장/장파장’이라는 모호한 용어가 사용되었다. 아울러 2종의 교과서에서 열수지 삽화에 일부 오류가 발견되었다. 따라서 교과서들이 단파 복사와 장파 복사에 관한 정확한 용어 정의 없이 태양복사와 지구 복사를 설명함에 따라 학습자들은 태양 복사와 지구 복사를 각각 가시광선 복사와 적외선 복사라는 개념으로 인식할 개연성이 있다. 이를 종합해 보면, 교과서에 기술된 불분명한 진술이나 오류가 학생들의 오개념을 유발하거나 재생산할 수 있음을 함의한다. 이 연구에서 논의된 바가 지구의 열수지와 복사 평형에 대한 교수·학습 과정의 유용한 참고 자료로 활용되고, 추후 교과서 집필에서도 합리적인 서술 방안을 제안하는 데 기여할 수 있으리라 기대한

태양광 복사에 의한 에폭시 폴리머의 기계적 물성 저하 연구

이동건,이상봉,김명준,강태엽,백상화,박정선,이수용 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

태양열 복사환경에 노출되는 무기체계는 장시간 작동 성능의 신뢰성을 확보하기 위해 태양광 복사 시험을 필요로 한다. 본 논문에서는 무기체계 재료 중 에폭시 폴리머를 선정하고 태양광 복사시험 지침서인 MIL-STD-801을 따라 설계된 태양광 복사 시험기를 이용하여, 28주기, 56주기, 그리고 84주기 시험을 하였다. 만능재료시험기를 이용하여, ASTM-D638 시험 지침을 따라, 비노출된 시편과 노출된 시편의 인장 강도, 탄성계수, 포아송 비, 그리고 연신율을 측정하였다. 태양광 복사 주기가 길수록 인장 강도와 연신율이 감소하였으나 탄성계수와 포아송 비는 변화가 적었다. Weapons systems that are exposed to solar radiation environment, in order to ensure reliable long-term operation performance, are required solar radiation test. In this paper, by selecting the epoxy polymer in the weapons system material and using the solar radiation simulator designed according to MIL-STD-801 which is a solar radiation test guideline, it was tested for 28cycles, 56cycles, and 84cycles. Using a universal testing machine, according to ASTM-D638 test guideline, the tensile strength, the elongation, the elastic modulus, and the Poisson"s ratio of the non-exposed specimen and the exposed test specimen were measured. The solar radiation cycle is longer, the tensile strength and elongation were more decreased , but the elastic modulus and the Poisson"s ratio were slightly changed.

대전지역 광합성유효복사량 특성 분석 및 직달복사를 이용한 광합성유효직달복사 추정 모델 개발

최경배(Kyungbae Choi),이윤곤(Yun Gon Lee),김창기(Chang Ki Kim),김재민(Jaemin Kim),조용한(Yonghan Jo),김인혜(Inhye Kim) 한국태양에너지학회 2020 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.10

태양광 복사 가속화 시험을 통한 에폭시 폴리머의 색 변화 특성 연구

이상봉(Sang-Bong Lee),이동건(Dong-Geon Lee),김명준(Myung-Jun Kim),이수용(Soo-Yong Lee),박정선(Jung-Sun Park),강태엽(Tae-Yeop Kang),백상화(Sang-Hwa Baek) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.11

태양광 복사에 의한 기계적 부품의 강성 및 강도 저하, 변색 등의 영향이 다양한 항공우주산업분야에서 관찰되고 있다. 이러한 현상에 대한 연구를 위해 자연 상태의 태양광에 대한 노출 시험을 수행할 수 있지만 균일한 시험환경 구현이 어렵고 과다한 시간과 비용이 요구된다는 문제점이 있다. 이를 극복하고자 본 논문에서는 자연 상태의 태양광 복사강도(1,120W/㎡)를 가속화 할 수 있는 시험 장치를 개발하고, 섬유강화 복합재료에 사용되는 epoxy polymer에 대한 가속화 시험을 통하여 태양광 복사에 따른 색 변화 특성을 연구하였다. 시험 시편은 인장 시험 규격인 ASTM-D638에 따라 제작하였으며, 시험 기간에 따른 색변화 특성에 관한 가속계수와 역제곱 모형을 산출하였다. 본 연구를 통해 복사강도가 증가할수록 동일한 변화량에 도달하기까지 소요되는 시간을 단축할 수 있다는 것을 확인하였다. There are a number of effects by solar radiation in many aerospace industrial fields, such as degradation of mechanical properties, sealing effect of sealants or decolorization. Because it takes long time to investigate these effects by using the light of natural state, new methods are developed for accelerating this phenomenon. In this paper, we developed an apparatus to simulate accelerated solar radiation phenomenon selecting irradiation intensity 1,120W/㎡ as the designed environment. Epoxy polymer as the composite material was chosen and processed by ASTM-D638, a reference for tensile test of polymer and plastic. Total color shift was selected as the test category to evaluate acceleration of the test. We obtained acceleration factors and numerical model from test data and concluded it can shorten test periods by accelerated irradiation intensity of 1,120W/㎡.

일사 관측 자료에 의한 남한의 태양복사 시공간 분포

지준범,김영도,이원학,이규태 한국지구과학회 2011 한국지구과학회지 Vol.31 No.7

This study is to analyze the temporal and spatial distributions of solar radiation in South Korea. Solar radiation data is observed every minute at 22 KMA (Korea Meteorological Administration) stations using pyranometer from January 2000 to August 2007. These data were calibrated using intensive comparative observation and solar radiation model. Intensive comparative observations are accomplished at 22 KMA stations between KNU (Kangnung (Gangneung-Wonju)National University) standard and station instruments during the month of August 2007. The solar radiation of a clear sky mainly is affected by precipitable water, solar altitude and geological height. Also old (raw) data is corrected by the solar radiation model only about clear day and is revised based on the temporal trend of instrument’s sensitivity decrease. At all periods and all stations, differences between raw data (13.31 MJ/day) and corrected data (13.75 MJ/day) are 0.44 MJ/day. So, the spatial distribution of solar radiation is calculated with seasonal and annual mean, and is the relationship with cloud amount is analyzed. The corrected data show a better consistency with the cloud amount than the old data. 이 연구는 남한지역의 시·공간 태양복사 분포를 분석하는 것이다. 2000년 1월부터 2007년 8월 까지 1분 간격으로 저장된 기상청 관할 22개 관측소의 전천일사 관측자료를 이용하였다. 수집한 일사량 관측자료는 시간에 대하여변화하는 일사계 감도정수에 대한 불확실성을 제거하기 위하여 비교관측 결과와 태양복사 모델을 이용하여 보정을 하였다. 보정을 수행하기 위하여 강릉대학교 전천일사계를 22개 관측소의 일사계와 2007년 8월 동안 비교 관측을 하였다. 과거자료는 맑은 날에 대하여 태양복사 모형을 이용하여 시간에 대해 감소하는 일사계의 감도정수를 토대로 보정하였다. 모든 지점 및 모든 기간에 대한 평균은 13.31 MJ/day이며 보정을 통하여 13.75 MJ/day가 되어 0.44 MJ/day의 차이가 나타났다. 보정된 자료로 계절평균 및 연평균 태양복사 분포를 계산하였으며 전운량, 오존전량, 에어로솔 광학 두께, 지표면 알베도, 가강수량과 관계성을 분석하였다. 가장 큰 영향을 미치는 전운량 자료를 보정된 자료와 비교한 결과 과거(원시)자료보다 일관성이 더 높게 나타났다.

한반도에서 지표면 태양광의 시공간 분포

이규태(Lee, Kyutae),지준범(Jee, Joonbum),조일성(Zo, Ilsung),최영진(Choi, Youngjin) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

인간의 삶과 밀접한 관련이 있는 태양 에너지는 전세계적으로 에너지 부족 문제 해결방안을 위한 대체 에너지 자원으로 각광 받고 있다. 즉 태양으로부터 방출되어 지표면에 도달하는 태양광은 연간 약 23,000 TW(Perez et al., 2009)로써 다른 어떤 종류의 에너지원보다 풍부하기 때문에 태양광 발전은 양적인 측면에서의 무한한 잠재력뿐만 아니라 환경적인 측면에서 무공해라는 장점을 가진다. 특히 국내에서는 2030년까지 태양광 에너지와 풍력 및 수소에너지들은 3대 국가 에너지 전략 분야로 집중 육성되고 있다(한국과학기술정보연구원, 2007). 지표면에 도달하는 태양 에너지 평가 및 분석을 위하여 일사계에 의한 관측 자료가 이용될 수 있으나 관측 영역 및 관측 정밀도 문제 때문에 태양 복사 모델(Solar Radiative Transfer Model)에 의한 계산 자료가 중요하게 활용된다. 이 연구에서 한반도의 지표면 태양광 계산을 위하여 사용된 모델은 Iqbal(1983)에 근거한 것으로써 단일 기층의 모형대기를 가정한 모델이며 상세 모델(Line-by-Line Model)에 의하여 보정하여 2009년 1월부터 2009년 12월까지 한반도의 지표면 태양광 시공간 분포를 계산하였다. 이 계산을 위하여 대기 중의 가스와 에어로졸 및 구름 성분들에 대한 모델 입력자료 등이 요구되며 이 자료들은 기상청의 수치 모델(Regional Date Assimilation and Prediction System; RDAPS)과 기상 관련 인공위성(OMI와 MODIS 및 MTSAT-1R 등)으로부터 발췌하여 사용하였다. 그 결과 이 연구 기간(2009년 1월 ~ 2009년 12월)동안 1 km 간격의 수평면에 대하여 계산된 한반도의 지표면 태양광은 안동과 대구 및 진주를 연결하는 지역에서 최대값(5400MJ/m² 이상)이 나타났다. 그러나 지표면 일사 관측 자료의 공간 분포는 이 연구 결과와 차이가 있었으며 그 원인은 관측소 일사계의 보정 및 관리운영에 따른 자료 정확성 결여 때문으로 평가된다.

에폭시 폴리머의 물성에 미치는 태양광 복사 노화의 영향

이동건(Dong-Geon Lee),이상봉(Sang-Bong Lee),김명준(Myung-June Kim),박정선(Jung-Sun Park),이수용(Soo-Yong Lee),강태엽(Tae-Yeob Kang) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.9

장기간 태양광 복사환경에 노출되는 폴리머는 성능의 신뢰성을 확보하기 위해 장기간 환경시험을 필요로 한다. 본 논문에서는 MIL-STD-810을 따라 설계된 태양광 복사시험기를 이용하여, 7, 14, 28, 56, 그리고 84 주기 동안 태양광 노화 시험을 하였다. 노화 시험 후에 RGB 값을 측정하고 CIE 1976 색공간을 이용하여, 각각의 RGB 감소율과 총 색 변화량을 계산하였다. 또한 만능재료시험기를 이용하여, ASTM-D638 시험 규격을 따라, 기계적 물성이 측정되었다. 결과적으로 태양광 노화 주기가 길어질수록, 총 색 변화량이 증가하였으며, 인장 강도, 연신율이 감소하였으나 탄성계수와 포아송 비는 변화가 적었다. Epoxy polymer exposed to solar radiation on long-term is required to a long-term environmental test in order to ensure the reliability of operation performance. In this paper, the solar aging experiment is performed for 7, 14, 28, 56, and 84 cycles, using solar simulator designed according to MIL-STD-810. After the aging experiment, measuring RGB values and using the CIE1976 color space, each RGB decreasing rates and total color shift are calculated. In addition, using a universal testing machine, mechnical properties according to ASTM-D638 are measured. As a result, by increasing solar aging period, total color shift is increased, and the tensile strength and elongation are decreased, but the elastic modulus and the poisson’s ratio are slightly changed.

KIM 중간대기 온도 오차 개선을 위한 복사물리과정 개발

백성혜 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10

중간대기의 성능은 중기이상의 예보성능에 중요한 영향을 미친다. 한국형수치예보모델(KIM)의 10일 이후 예보장의 중간대기영역에서 발견되는 상당한 크기의 (~20K) 온난오차는 연장중기 또는 계절예측의 성능에 영향을 줄 뿐 아니라 자료동화의 배경장 활용을 제한하는 요소로 여겨진다. 구름 및 지역적인 대기의 소용돌이 등이 부재하는 중간대기에서 복사물리과정은 가장 주요한 물리과정이며 특히 오존의 태양 UV복사 흡수로 인한 광분해과정은 복사물리과정 중에서 온도를 결정하는 가장 주된 반응이다. 오존의 광분해과정을 정확히 모의하기 위해서는 UV 흡수를 위한 오존의 양에 대한 초기값과 UV 복사의 강도(Intensity)에 대한 정밀한 값이 필요하다. 본 연구에서는 중간대기의 온난오차를 줄이기 위한 연구의 일환으로 두 값에 대한 개선을 KIM의 복사물리과정에 적용하고 개발과정에서 발견된 다른 중간대기의 복사과정 오류도 수정하였다. 기존의 오존 월별 기후자료를 최신 10년간의 CAMS 자료로 대체하여 성층권에서 1-2K의 온도오차를 감소시켰다. CAMS자료는 기존에 사용하던 GMAO 자료보다 많은 관측자료를 사용하여 지상관측대비 적은 오차를 가질 뿐 아니라 KIM에서 사용하는 CAMS에 기반한 에어로졸 기후자료와의 일관성을 위해 교체되었다. 중간대기 온도오차 감소의 보다 극단적인 효과는 태양 UV스펙트럼을 개선하면서 이루어졌다. NRLSSI2 모델에 기반한 새로운 태양 스펙트럼은 가장 광역의 관측기간과 정밀한 데이터로 생산되었다. 이 스펙트럼을 사용할 시, UV영역에 대한 복사 강도는 7-8% 감소하며 이로 인한 연평균 온도의 감소는 4-5K로 이어졌다. 그밖의 다른 개선으로 중간대기의 온도는 오차는 25% 가량 감소하였다. 중간대기 온도 오차 감소로 전반적인 KIM 겨울 및 여름 계절실험 성능이 개선되었다.