선박의 태양광 발전시스템 적용에 관한 연구 = A study on the application of Photovoltaic System for ships

국문 초록 (Abstract)

국제해사기구의 제재 및 제한이 시행됨에 따라 해상 운송에서 보다 효율적인 관리 접근 방식이 채택되고 대체에너지로 태양광 발전 기술은 기술적인 제한으로 일반 선박에서는 사용이 매우 제한적이었다. 최근 배터리와 전력전자기술이 발전되고 선박으로부터 배출되는 환경오염 물질로 인한 환경문제의 해결방안으로 태양광 발전 적용에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
본 논문에서는 현재 디젤 발전시스템으로 운항 중인 자동차 운반선을 대상선박으로 선정하여 태양광 발전시스템을 기존의 디젤 발전시스템에 추가 적용하였을 경우에 얻을 수 있는 효용성을 평가 분석하고자 하였다.
선박이 항해 중에는 태양광 발전시스템을 통해 전력을 생산하여 배터리를 충전하고 태양광 일사량의 감소로 인해 태양광 발전이 불가할 경우에는 배터리에 저장된 전력을 운전 중인 디젤발전기와 동시에 선박 전력에 공급하고 일사량 증가로 태양광 발전이 가능해지면 배터리를 다시 충전한다.
정박 중에는 우선 항해 중에 충전된 배터리 전력을 이용하여 기존 병렬운전 중인 두 대의 디젤발전기 중 한 대를 완전히 정지하고 배터리에서 필요한 전력을 공급하여 디젤발전기를 한 대 정지함으로서 연료 절감 및 배출되는 환경오염물질을 가능한 최소화하고자 하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As restrictions of International Maritime Organization were enforced, a more efficient management approach was adopted in maritime transport, and as an alternative energy, solar power generation technology was very limited in use on ordinary ships due to technical limitations.
Recently, with the development of batteries and power electronics, research on the application of solar power generation as a solution to environmental problems caused by environmental pollutants emitted from ships is being actively conducted.
In this paper, evaluated and analysed the utility that can be obtained when the solar power generation system is additionally applied to the existing diesel power generation system by selecting the car carrier currently operating with the diesel power generation system as the target ship.
While the ship is sailing, it generates electricity through the solar power system to charge the battery. The battery is recharged again when the increase allows solar power generation.
During lying, first of all, one of the two diesel generators in parallel operation is completely stopped using battery power charged during voyage, and one diesel generator is stopped by supplying the necessary power from the battery to save fuel and reduce environmental pollutants emitted.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구내용 2
• 1.3 논문의 구성 3
• 제 2 장 태양광 발전시스템 5
• 2.1 개요 및 원리 5
• 2.2 태양전지 6
• 2.2.1 원리 6
• 2.2.2 모델 구성 7
• 2.2.3 특성 10
• 2.3 전력변환장치 13
• 2.4 배터리 14
• 2.4.1 이차전지 16
• 2.4.2 SOC (State Of Charge) 17
• 제 3 장 태양광 발전시스템의 실 선박 적용 검토 19
• 3.1 대상선박 선정 19
• 3.2 운항항로 분석 20
• 3.3 항로별 일사량 분석 22
• 3.4 태양광 발전시스템 구성 25
• 제 4 장 선박용 태양광 발전시스템 모델링 27
• 4.1 태양광 모듈 27
• 4.1.1 선정 27
• 4.1.2 배치 29
• 4.2 배터리 31
• 4.3 MPPT (Maximum Power Point Tracking)제어 33
• 4.4 시뮬레이션 35
• 제 5 장 대상선박의 디젤발전기 특성 38
• 5.1 디젤발전기 사양 38
• 5.1.1 특정연료소모량 (SFOC) 38
• 5.1.2 배출가스 40
• 5.2 디젤발전기 운전 부하 특성 42
• 5.2.1 항해 중 발전기 운전 부하 42
• 5.2.2 정박 중 발전기 운전 부하 44
• 5.3 MATLAB/Simulink을 이용한 디젤발전기 시뮬레이션 46
• 제 6 장 태양광 발전시스템 적용 선박과 디젤 발전시스템 선박의 연료 소모량 및 배출가스 분석 48
• 6.1 태양광 발전 및 전력 공급 49
• 6.1.1 항해 중 전력 운용 52
• 6.1.2 정박 중 전력 운용 54
• 6.2 연료소모량 비교 56
• 6.3 환경적 평가 58
• 제 7 장 결 론 59
• 참고문헌 61