Optimizing reflector orientation for a solar panel at various latitudes/ko
기여자
소개
태양광의 입사각은 위도에 따라 다릅니다. 따라서 집광기에 동일한 경사각을 적용하는 것은 최적의 태양 에너지 포집 효율을 얻는 데 도움이 되지 않습니다. 본 프로젝트의 목표는 10도에서 60도까지 10도씩 증가하는 6가지 위도 조건에 대해 집광기의 최적 위치를 구하는 것입니다. 각 위도 조건에 대해 0도에서 90도까지 15도씩 증가하는 9가지 경사각을 고려하여 최적의 에너지 생산량을 얻기 위한 집광기의 위치를 시험할 것입니다. 10도에서 60도까지 10도씩 증가하는 6가지 집광기 각도를 시뮬레이션하여 최적의 해를 구할 것입니다. 궁극적으로 이 실험을 통해 경험 법칙을 도출하고자 합니다.
검색
구글 학술 검색:
- 저농도 태양 반사경
- 음영 패널용 PV 반사경
- 차광형 태양광 패널용 평면 반사경
- 부스터 반사경
과학의 웹:
- (태양광 또는 태양광) 및 평면 및 반사경
IEEE Xplore:
- (pv 또는 solar) 및 반사경
문헌 검토
이 프로젝트 완료를 위해 검토된 논문들을 아래에 출판 순서대로 정리했습니다. 각 논문에 대한 간략한 요약도 포함되어 있습니다.
반사경-태양열 집열기 조합을 사용한 향상된 태양 에너지 수집 - 1975 [ 1 ]
초록 - 반사기와 평판 집열기의 조합으로 수집되는 직사광의 양을 분석했습니다. 계산은 반사기와 집열기의 방향 각도, 위도, 그리고 태양 정오로부터 임의의 태양시 각도를 고려하여 수행되었습니다. 반사 및 투과 손실의 영향과 입사광의 편광이 포함되었습니다. 또한 반사기의 유한한 크기에 대한 보정도 수행되었습니다. 최적의 방향은 집열기 평면이 반사기 평면에 거의 수직인 것으로 나타났습니다. 이 최적의 방향은 태양의 방위각 의존성과 거의 무관합니다. 최적의 반사기 각도는 겨울철 태양 조건에서 지평선 위 0°에서 10° 사이인 것으로 나타났습니다. 일반적인 겨울철 작동 조건에서 직사광선에 대한 집광력 향상은 약 1.4~1.7배입니다. 이는 반사기 각도가 0°인 실용적인 반사기-집열기 조합의 유효 겨울철 열 출력이 최적의 방향으로 배치된 단순 평판 집열기에서 얻은 유효 열 출력보다 100% 효과적으로 증가함을 의미합니다. 확산 태양 복사에 대한 유효 열 출력의 전반적인 향상에 대한 대략적인 계산도 수행되었으며, 약 1.5배의 증가가 예상됩니다. 오리건주 쿠스 베이에 위치한 태양광 주택의 성능에 대한 예비 분석과 비교한 결과, 본 분석의 예측과 상당히 일치하는 것으로 나타났습니다.
- 다양한 각도, 위도, 태양 각도에 대한 계산.
- 반사면에 수직인 집광기 방향이 최적입니다. 시간대와 무관합니다.
평면 반사경을 사용한 수집기 성능 향상 - 1975 [ 2 ]
초록 - 평판형 태양열 집열기의 성능 향상을 위해 확산 및 반사 평면 반사경을 사용하는 방법을 포트란(Fortran) 루틴을 통해 연구했습니다. 이 루틴은 반사경과 집열기의 크기, 모양, 그리고 배치를 최적화합니다. 확산 반사경과 입사각에 따라 흡수율이 달라지는 집열기를 사용하는 시스템의 구성 계수를 제시합니다. 반사형 반사경은 확산 반사경보다 효과적이며, 남향인 경우 동서 방향으로 길게 뻗은 집열기와 함께 사용해야 합니다. 수평 집열기와 남향 반사경으로 구성된 특정 시스템에 대한 설계 곡선을 제시합니다. 이 시스템에서는 적당한 크기의 반사경을 사용하면 단위 집열기 면적당 한겨울 수확량을 몇 배까지 높일 수 있습니다.
- 상단 반사경이 있는 수평 수집기 모델(남향)
- 확산 및 반사경
- 반사성이 더 효과적이다
평판형 집열기의 에너지 수율 증가를 위한 평면 반사경 사용 - 1977 [ 3 ]
초록 - 평판형 집열기-반사기 시스템의 성능을 시뮬레이션하는 수학적 모델을 제시합니다. 먼저, 반사 에너지를 고려하여 집열기 에너지 균형을 수정합니다. 그런 다음, 반사기와 집열기 표면 모두에 대해 적분하여 확산 반사기의 교환 면적을 구합니다. 정반사기의 경우, 반사 복사에 노출되는 집열기 면적은 기하학적 관계식을 통해 계산합니다. 시스템 형상에서 음영 효과도 확인됩니다. 이 모델과 호주 브리즈번의 온수 집열기에 대한 몇 가지 실험 결과 간에는 상당한 일치가 나타났습니다. 마지막으로, 이 모델을 사용하여 여러 반사기 각도 값을 이용하여 온수 시스템의 연간 성능을 예측합니다.
- 평판형 집열기 테스트(태양열 수집)
- 확산 반사경의 효과가 미미한 것으로 밝혀졌습니다.
- 수학적 계산 접근법
다양한 유형의 평면 반사면을 사용한 증강 태양 에너지 수집; 이론적 계산 및 실험 결과 - 1978 [ 4 ]
초록 - 평면 반사면을 사용하면 능동 및 수동 태양열 집열기의 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 본 논문에서는 다양한 유형의 평면 반사면을 사용하여 평면 집열기의 태양 에너지 수집량을 증가시키는 방법에 대한 이론적 계산 및 실험적 시험 결과를 제시합니다. 정반사, 확산반사, 그리고 정반사/확산 반사의 조합에 대해 논의합니다. 본 연구는 표면의 반사 특성을 단순 정반사 또는 단순 확산 반사보다 더 일반적인 용어로 설명하려는 시도를 했다는 점에서 다른 연구자들의 연구와 주요 차이점을 보입니다. 대부분의 실제 표면은 정반사 및 확산 반사의 조합을 가지고 있습니다. 주어진 표면의 반사 특성은 실험실에서 입사각과 반사각의 함수로 측정할 수 있으며, 측정된 반사 특성은 컴퓨터 모델에서 해당 반사기를 사용할 경우 집열기 성능 향상을 예측하는 데 사용될 수 있습니다. 따라서 원하는 경우 주어진 반사기의 실외 시험을 피할 수 있지만, 집열기의 전체 성능에 대한 반사기의 기여도를 추정할 수 있습니다. 여러 유형의 반사 표면에 대해 집광기 에너지 입력에 대한 이론적 계산이 수행되었습니다. 실내 실험실에서 표면의 반사 특성을 측정한 결과를 실외 시뮬레이션 장치에서 얻은 실험 결과와 비교했습니다. 다양한 집광기/반사기 구성에 대한 시스템 성능을 예측하고, 반사기가 없는 최적 배치의 집광기 성능과 비교했습니다.
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평판형 집광기가 평면 반사경으로 증강되어 흡수하는 최대 태양 에너지의 최적 조건에 대한 남향 방향의 영향 - 1980 [ 5 ]
초록 - 평판 반사경으로 보강된 남향 단순 평판 집열기에 대한 완전한 분석을 개발했습니다. 반사경 사용으로 인한 태양열 집열기의 열 플럭스 증가는 태양 고도 및 방위각, 집열기의 남향 방향 각도, 그리고 두 집열기의 상대적 크기 및 기울기 각도의 함수로 계산되었습니다. 분석에서는 반사경의 존재로 인한 차광 효과를 고려했습니다. 집열기와 반사경 변수는 미리 지정된 기간 동안 집열기가 흡수하는 최대 태양 에너지 플럭스에 맞춰 최적화되었습니다. 분석에는 Hooke와 Jeeves 최적화 기법이 사용되었습니다.
- 남쪽 집열기 방향 조사. 21.5°(제다) 방향 분석
- 수집기 평면을 여러 영역으로 나누어 개별적으로 최적화하여 최대 에너지 생산량을 얻습니다.
- 반사경-수집기 기울기 각도를 1년에 한 번(최소) 변경하면 시스템 성능이 향상됩니다.
- 1년을 10월~3월(겨울)과 나머지(여름)로 나눕니다.
평판형 태양열 집열기용 평면형 집광기 - 1981 [ 6 ]
초록 - 태양 에너지 집열기용 평면 경면 반사경의 효과에 대한 체계적인 연구가 수행되었습니다. 두 가지 일일 평균 성능 지수가 사용되었습니다. 하나는 면적비로, 반사경이 유효 수광 면적을 얼마나 확장하는지를 나타냅니다. 다른 하나는 증강 계수로, 최적 기울기에서 증강된 집열기가 받는 에너지와 기준 집열기가 받는 에너지를 비교하는 데 사용됩니다.
반사기는 평판 집광기 위 또는 아래에 장착할 수 있습니다. 두 조합 모두 반사기와 집광기의 각도 위치와 크기를 개별적으로 변경하여 완전히 평가합니다. 주요 매개변수를 파악하고 주요 특성을 일련의 성능 곡선으로 요약합니다. 이러한 곡선은 최적의 반사기 형상을 결정하는 쉬운 방법을 제공합니다.
성능 곡선을 확장하여 트로프 집광기 내 두 반사경의 구성을 구할 수 있습니다. 이를 통해 단일 반사경 시스템을 트로프 집광기와 직접 비교할 수 있습니다. 비대칭 트로프 구성이 대칭 집광기에 비해 유리하다는 증거를 제시합니다.
- 성능은 주로 반사경/커버 너비 비율에 의해 영향을 받습니다.
- 반사기 각도 위치와 수집기 기울기도 중요합니다.
- 반사경의 최적 각도는 태양의 계절적 움직임에 따라 크게 달라집니다.
고정형 반사경 증강 평판형 집광기 - 1981 [ 7 ]
초록 - 원하는 플럭스 증가 패턴을 생성하는 반사경 증강형 태양열 집열기의 최적 형상을 결정하는 일반적인 절차를 설명합니다. 예시로 사용된 것은 겨울철 성능을 개선하려는 고정형 집열기입니다. 하부 반사경이 있는 평판형 집열기와 상부 반사경이 있는 평판형 집열기를 모두 고려하여 최적 구성 및 성능에 뚜렷한 차이가 있음을 확인했습니다. 두 시스템 모두 겨울철 플럭스 증가에 사용될 수 있으므로, 적절한 시스템을 선택하는 기준을 제시합니다. 이 기준은 위도 경사에 따른 집열기 기울기의 변위를 기반으로 합니다.
- 성능 요인 - 반사기 폭 비율, 반사기 각도, 위도에 따른 패널 기울기 각도
- 상단 및 하단 반사경의 흑백을 결정하기 위한 성능 곡선입니다.
- 단일 반사경 너비 비율이 제안되었습니다.
평판형 태양광 모듈의 성능에 대한 농도의 영향 - 1984 [ 8 ]
초록 - 낮은 집광비가 수동 냉각 방식의 기존 태양광 모듈 성능에 미치는 영향을 조사했습니다. 2.2배 평면 거울 집광기를 사용하여 높은 셀 충진율을 가진 단결정 모듈을 사용하여 모듈 면적 1제곱미터당 최대 140W의 최대 전력 출력을 얻었습니다. 셀 온도와 직렬 저항 손실은 모듈 효율을 제한하는 데 중요한 요인으로 나타났습니다. 성능 시뮬레이션 결과, 극축 추적 기능을 갖춘 4배 집광기를 사용하면 평면 거울 모듈보다 연간 최대 출력이 3.2배 증가하는 것으로 나타났습니다.
- 기하학적 폭의 반사경: 2.2, 1.6 및 1 x
- 최대 유효 농도 1.85
- 셀 온도 증가: 1배 - 28-32°C, 1.6배 - 40-45°C, 2.2배 - 50-55°C
- 농도비와 셀 온도가 충전율에 미치는 영향
- 농도 모델링을 통한 극축 추적(퍼스, 서호주)
- 4배 농도에서 최대 출력
- 고정 1x 패널보다 3.2배 더 큼
수집기, 수집기-반사기 시스템 - 분석 및 실용 연구, 에너지 변환 및 관리 - 1986 [ 9 ]
본 논문은 평판형 태양열 집열기의 성능을 크게 향상시키는 평면 반사경의 활용을 연구합니다. 실험 구성에는 집열판과 최대 유효 열 획득을 위한 집열-반사경 시스템이 포함됩니다. 시스템의 비교 특성을 연구하기 위해 분석 및 실험 기록에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다. 성능 연구는 태양 고도, 방위각, 시간각, 그리고 집열기와 반사경의 상대적 크기와 기울기 각도의 함수로 설명됩니다. 부스터 거울을 사용하면 수온이 10~15°C 상승합니다. 반사경의 존재로 인한 차광 효과 또한 본 분석에서 고려되었습니다.
- 반사율 0.8
- 반사경-수집기 음영 효과는 무시되지만 그 반대는 아님
- 일사량 9.07% 증가 - 1년에 한 번 조정
평판형 집광기의 평면 부스터 거울을 이용한 태양 에너지 강화 - 1988 [ 10 ]
초록 - 두 개의 반사경이 추가된 평판형 집광기로 구성된 시스템에 대한 종합적인 분석을 제시합니다. 이 모델은 집광기와 반사경의 무작위 경사각 및 방위각에 대해 하루 중 어느 시간에든 집광기가 흡수하는 총 에너지를 예측하는 데 도움을 줍니다. 두 반사경의 그림자가 겹치는 효과를 고려했습니다. 이 모델은 인도의 세 관측소에서 발생하는 조건에 대해 수치적으로 시뮬레이션되었습니다. 각 관측소에서 집광기 경사각 (1)이 0이고 (2)가 위도와 같은 경우를 대상으로 세 달 동안 반사경 경사각에 따른 총 입력 에너지의 변화를 연구했습니다.
- 평판형 집광기의 평면 부스터 거울을 이용한 태양 에너지 강화
- 인도의 세 개 다른 지역에 대한 시스템 시뮬레이션
- 반사경 - 30°-110°(상단용) 0°-90°(하단용)
- 감소 시 최대 향상 - 위도 증가 시 더 커짐
직접 및 전역 조도로부터 일광 가용성 및 조도 구성 요소 모델링 - 1990 [ 11 ]
초록 - 본 논문은 에너지 시스템 모델러 또는 건물 설계자에게 필요한 단시간 태양 에너지 및 일광 이용량을 예측하기 위해 저자들이 개발한 여러 모델의 최신 버전을 제시합니다. 모델링된 양은 전역, 직접 및 확산 일광 조도, 임의 방향의 기울어진 표면에 영향을 미치는 확산 복사 조도 및 조도, 천정 휘도, 그리고 천공 휘도 각 분포입니다. 모든 모델은 현재 표준에서 외삽된 마지막 모델을 제외하고 모두 원본입니다. 모든 모델은 공통적인 운영 구조와 공통적인 입력 데이터 세트를 공유합니다. 시간당(또는 그 이상의 빈도) 직접(또는 확산) 및 전역 복사 조도와 표면 이슬점 온도입니다. 모델 개발로 이어진 주요 실험 관찰 결과를 간략하게 검토하고, 포괄적인 검증 결과를 제시합니다. 제곱평균제곱근(root-mean-square) 및 평균 편향 오차를 기준으로 평가된 모델 정확도는 일사량 조건과 현장 기후 환경의 함수로 분석됩니다.
- 짧은 간격의 태양 에너지나 빛의 가용성과 같은 관련 수량을 예측하는 모델은 특정 사용자 요구에 맞게 사용할 수 있습니다.
- 첫 번째 모델은 인간의 눈으로 이해하는 태양/하늘의 빛에 대한 조도 값을 연관시킵니다.
- 두 번째는 수평으로 기울어진 표면의 조도와 조도를 대략적으로 나타낸 것입니다.
- 세 번째 - 확산 값 대신 빛의 각도 분포.
빛 반사에 대한 포괄적인 물리적 모델 - 1991 [ 12 ]
초록 - 컴퓨터 그래픽스를 위한 새로운 일반 반사율 모델을 제시합니다. 이 모델은 물리 광학에 기반하며 표면에 의한 정반사, 지향성 확산반사, 그리고 균일 확산반사를 설명합니다. 반사광 패턴은 파장, 입사각, 두 가지 표면 거칠기 매개변수, 그리고 표면 굴절률에 따라 달라집니다. 이 모델은 편광, 표면 거칠기, 마스킹/섀도잉, 그리고 에너지 측면에서 자체 일관성을 유지합니다. 이 모델은 광범위한 재료와 표면 마감에 적용 가능하며, 파장과 입사각이 증가하거나 표면 거칠기가 감소함에 따라 확산반사에서 정반사로의 부드러운 전환을 제공합니다. 이 모델은 해석적이며 컴퓨터 그래픽 응용 분야에 적합합니다. 예측된 반사율 분포는 실험 결과와 비교했을 때 우수한 결과를 보였습니다. 이 모델은 매끄럽고 거친 표면을 가진 금속, 비금속, 그리고 플라스틱 재료에 적용됩니다.
- 빛 반사 설명
- 빛 반사의 구성 요소
부스터 미러의 에너지 기여 [ 13 ]
초록 - 표준 교과서와 연구 출판물은 평면 부스터 거울의 에너지 기여도를 계산하는 가능한 방법을 암시하지만, 계산 절차의 구체적인 단계는 자세히 설명하지 않습니다. 본 논문에서 제시하는 알고리즘이 이러한 간극을 메우기를 바랍니다. 본 논문에서는 평면 부스터 거울을 사용하여 수평 수신기에 대한 태양 에너지 기여도를 평가하는 알고리즘을 논의합니다. 수평 수신기를 선택하면 변수의 수가 줄어들어 분석이 간소화되고 부스터 거울의 에너지 기여 현상에 대한 이해가 향상됩니다. 본 연구의 원래 목적은 인도에 널리 보급된 태양열 조리기의 입력 변수를 연구하는 것이었습니다. 이러한 조리기에서 조리개는 항상 수평이며, 단일 평면 부스터 거울이 표준 보완 거울입니다.
- (상부, 하부 또는 측면 거울)을 사용하도록 만들어진 이론적 모델
- 3D 모델은 반사경에 의해 조명되고 그림자가 지는 영역을 결정합니다.
- 컴퓨터 코드는 Hotel의 (맑은 하늘 대기 투과율 모델)에 의해 계산된 빔 복사 값을 사용했습니다.
- 알고리즘은 PV 반사경의 3D 모델에 적용될 수 있습니다.
참고문헌
- ↑ DK McDaniels, DH Lowndes, H. Mathew, J. Reynolds, R. Gray, 반사경-태양열 집열기 조합을 이용한 향상된 태양 에너지 수집, Solar Energy, 제17권, 제5호, 1975, 277-283쪽, ISSN 0038-092X, http://dx.doi.org/10.1016/0038-092X(75)90044-4
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- ↑ Grassie, S. & Sheridan, N. 1977 '평판형 집열기의 에너지 수율 증가를 위한 평면 반사경 사용', Solar Energy , 제19권, 제6호, 663-668쪽, ISSN 0038-092X, http://dx.doi.org/10.1016/0038-092X(77)90027-5 .
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