태양열 발전의 종류 및 분석

목차

1. 대체 에너지

2. 태양열 에너지
규모별 발전 시스템

3. 자연형 태양열 주택
-유형별 설명

4. 설비형 태양열 주택

5. 태양열 시스템에 필요한 주요 기자재

6. 태양열 온수 급탕기

7. 태양 연못

본문내용

데우는 방식으로, 펌프등의 동력을 사용하지 않고 뜨거워진 열매체가 위에 있는 축열조로 올라가 축열조안의 물에 열을 전달하고 차가워진 열매체는 다시 집열판의 아래쪽으로 들어가 태양에 의해 다시 가열이 되어 축열탱크로 올라가 열을 전달하는 열매체의 순환에 의해 축열조의 물이 데워지게 된다. 요즘 흔히 일반주택에서 설치되어 있는 모습을 볼수 있는 태양열 온수기는 모두 이 방식이다.
상변화형 온수급탕기
자연 대류형과 원리는 같으나 상변화 물질을 열 전달매체로 하고 열 교환기를 사용하게 되는데 자연순환에 의한 열 교환 형태로 온수를 가열하는 방식이다. 상변화(像變化)물질은 배관내에서 부식을 일으키지 않는 물질이며 일사되는 동안 집열기에서 액체상태에서 증기상태로 바뀌어 높은 열전달을 한다.
집열기가 태양열에 의해 가열되기 시작하면 액체상태의 상변화 물질은 증기상태로 바뀌고, 이것은 비중차에 의해 상승하며, 집열기 위헤 설치된 축열탱크내의 열교환기를 통과하면서 상변화 물질의 잠열이 물을 데우는 열교환이 일어나며, 이 증기상태의 상변화물질은 응축되기 시작한다. 그런 다음 응축된 상변화물질은 중력에 의해 집열기 하부로 다시 돌아가 순환을 계속하게 된다.
※태양 연못※
Solar Pond는 일종의 태양열 집열체로서 기존의 태양열시스템과 비교하여 보다 적은 비용으로 저온의 열에너지를 얻을 수 있다는 기대감에서 수십년 전부터 여러 나라가 연구활동을 전개해 오고 있다.
깊이가 2 ~ 3M 정도이고 넓이가 수천M2인 연못의 바닥에 농도가 높은 소금물을 담아, 대류를 억제하여 표면수의 온도를 낮추고 바닥의 온도를 높여 그 열에너지 또는 온도차를 이용하는 것이다.
다시 설명하자면, 연못 속에 소금물을 넣어 태양열에 의해 뜨거워진 물이 소금의 농도차에 의해 층이 형성되게 하여 축열을 하는 방식으로 이 물의 온도는 약 70℃정도가 되어 계란을 익힐 수 있을 정도의 온도이다.
이 기술은 이스라엘에서 많이 상용화되고 있는데 사막에 수평방 km의 규모로 死海의 물을 끌어들여 온도차를 이용하여 발전할 계획이 세워져 이미 5,000kW의 발전소가 가동하고 있으며, 장차 200만 kW급의 발전소도 건설이 가능하다고 보고 있다.
이 태양연못은 여름동안에 태양열을 축열시켜 놓았다가 겨울철에 저장되어 있는 열을 이용하여 난방 은 물론 높은 바닥온도와 표층의 낮은 온도에 따른 온도차를 이용하여 저온 터빈으로 발전을 할 수 있는 특징이 있다.
태양연못은 보통 세 개의 층(Layer)으로 나누어지는데 소금물의 밀도에 따라 맨 윗층은 밀도가 0-5%인 자연대류층, 중간층은 밀도가 포화상태인 23%정도에 이르기까지 약 1m 깊이에 걸쳐 구배(Gradient)되어 비대류 특성을 갖는 층, 그리고 맨 아래층은 포화되어 있는 대류층이 그 것이다.
바닥층으로 도달하는 일사에너지에 의하여 일단 상당한 부피의 온도 구배(Tempreture Graident)를 형성하게 되지만, 이 온도 구배는 소금물의 밀도 구배가 안정할 수 있는 조건을 초과하기 때문에 자연스레 대류가 일어나게 된다. 또한 바닥층은 바로 위헤 형성되어 있는 비대류층으로 인하여 외부, 즉 상단으로부터 열적으로 차단되기 때문에 열저장층(Storage Layer)이라고도 불리운다. 따라서 저장층은 태양에너지를 받아 우리에게 열원을 제공해주게 되며 그 깊이 등을 조절하므로서 보다 효과적인 운영을 가능케 한다.
연못의 표면층이 대류작용을 하는 것은 외부현상에 노출되어 있기 때문에 바람이 일어난다거나 기타 다른 여러 가지 원인 즉, 비나 눈이 올 때의 경우 혼합현상과 물결현상 등으로 불안정한 상태가 일어나기 때문이다. 이 경우 표면층이 두꺼워지면서 전체 시스템의 깊이에 영향을 주게 되기 때문에 일사에너지의 침투율과 관계, 시스템의 효율저하를 야기시킨다.
이렇게 세 개의 층으로 나누어져 있는 태양연못은 앞의 설명과 같이 층별로 온도분포가 다르게 형성된다. 즉, 상하대류층은 전 두께(깊이)에서 일정한 값을 가지게 되지만, 대류작용이 없는 중간층은 깊어질수록 밀도와 함께 온도도 층화되어 구배를 이루고 있다.
이 기술에서는 특히 바닥의 염수가 대류를 일으키기 쉽고 상부 표층에 확산하기 쉬우므로 이것을 억제할 연구를 하여야 한다. 거품의 발생도 대류를 촉진하여 온도차를 교란하기 때문에 바람직하지 못하다.
이 태양연못은 바닥의 열을 뽑아 내지 않고 방치해 두면 비등하는 일이 있으나 그것을 사전에 방지하는 기술의 성공으로 값싼 태양열에너지를 대량으로 공급하는데 유망하다.

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