PSoC를 이용한 태양 추적 시스템의 집광 편차 보정 장치에 관한 연구

Abstract

최근 화석에너지의 고갈과 그로 인한 유가 상승 및 세계적인 지구 온난화 현상에 의한 여러 문제점이 대두되면서 국제적으로 환경 규제 강화가 심화되고, 신재생 에너지의 개발 및 사용에도 관심이 높아지고 있다. 신재생에너지의 개발은 기존의 에너지원에 비해 초기에 과다 투자가 요구되는 큰 장애요인에도 불구하고 점점 증가추세에 있으며 21세기 주요한 에너지로 고려되고 있다. 현재 여러 신재생에너지 중 경제적이고 안전하며 친환경적인 대체 에너지원인 태양광 에너지 시스템은 위치가 고정된 태양전지를 이용하여 빛에너지를 전기에너지로 변환 방식이 일반적이다. 하지만 이러한 방식은 에너지 변환에서 효율이 낮고, 전기에너지 시스템을 다시 사용하기 위해서는 전력변환 장치가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 태양광을 오목거울 형태의 반사경을 이용하여 광을 집광한 뒤 광섬유를 통해 전송된 빛에너지를 직접 조명에 활용하는 태양광 조명시스템을 제안한다. 이 시스템은 기본적으로 천문학적 태양궤적 추적방식을 적용하며 반사경의 각도를 설정하여 집광량을 최대가 되도록 한다. 천문학적 태양궤적 추적은 년, 월, 일, 시간을 이용해 방위각 및 고도각을 계산하는 방식이다. 그러나 실시간으로 계산되어진 방위각과 고도각은 실제 태양의 위치와 비교하면 오차를 가지고 있다. 따라서 태양광을 직접 집광하여 조명에 사용하는 방식은 기본적으로 태양의 궤적 추적 장치이며 천문학적인 추적방식을 사용하였으며 정확한 태양위치를 구하기 위하여 천문학적 태양궤적 추적 장치 내에 별도의 태양 추적 시스템을 두어 태양위치의 오차를 줄이는 방식을 구현하였다. 이 장치는 반사경을 이용한 태양광 집광시스템이며 PSoC(Programmable System on Chip)를 이용한 디지털 PID 제어기를 이용한 제어시스템을 적용한다. 그러므로 본 연구에서는 반사경을 이용하여 태양광을 집광하는 시스템의 제어기의 하드웨어 및 소프트웨어를 연구하였으며, 실험을 통하여 이 시스템의 효율적인 집광이 가능함을 고찰하였다. 1장은 서론으로 본 논문의 연구배경과 최종 목표에 대하여 적었다. 2장에서는 천문학적인 방식을 이용한 태양궤적 추적 시스템 및 PSoC를 이용한 PID 제어기를 가진 반사경을 가진 태양광 집광 시스템에 대하여 서술하였다. 3장은 본 연구에서 설계·제작한 천문학적 태양궤적 추적 시스템 및 반사경을 이용한 태양광 집광 시스템에 대하여 서술하였으며 4장은 실험 및 고찰 부분으로 실험을 통한 태양광 집광장치의 성능을 고찰하였다. 마지막으로 5장에서는 연구 결과에 대한 결론을 맺었다.