열에너지저장

태양 에너지를 이용하는 형태에는 크게 열이용과 광이용으로 분류할 수 있다. 태양열을 이용하는 방법으로는 소규모로 가정용 급탕 난방 등에 이용하는 것이 있고, 대규모 이용 방법에는 태양열 발전 및 Solar System을 산업용으로 이용하는 경우도 있다.

태양광을 이용하는 방법은 실리콘 반도체에 빛을 비추어 전기를 발생시키는 태양광 발전이 대표적인 예이다. 한편 태양 에너지는 지구의 자연 환경과 생명 홀동의 근원이 되며 이와 같은 자연 환경의 순환 활동으로부터 얻어지는 풍력 자원, 수력 자원 그리고 파력이나 해양 온도차 등과 같은 해양 에너지 자원도 넓은 의미의 태양 에너지 자원에 속하지만 일반적으로 태양 에너지 자원을 이야기할 경우에는 이들을 제외한다.

본 연구실에서는 태양열 난방시스템을 구축하기 위한 연구가 진행중이다.

태양광이 물체에 닿게 되면 분자 운동이 활발하게 되어 열에너지로 변환된다. 이때, 생기는 열을 이용하는 것이 태양열 이용 방법이 된다. 태양 에너지는 1m3당 대략 1kW정도로 에너지 밀도가 낮기 때문에 이를 고온의 열에너지로 이용하기 위해서는 집광을 하여 에너지 밀도를 높일 필요가 있다. 집광되어진 빛은 집열기에서 열에너지로 변환되어 이용하는 데 이열을 이용 고압의 증기를 발생시켜 터빈을 구동, 발전하는 방식을 태양열 발전이라고 한다. 소규모로 태양열을 이요하는 기술은 국내에 여러분야에 많이 보급되어 성공을 거두고 있는데 건물의 냉난방, 산업 공정열 미치 온수 급탕 기술 등은 실용화 되고 있고 현재에는 초고온 시스템 등과 같은 고도 기술 분야의 개발에 많은 관심이 집중되고 있다. 초고온 태양열 이용 기술은 거대한 반사체를 이용하여 고밀도 빛을 한 곳에 모아 수천 ℃의 열을 얻는 기술로 신물질 개발, 유독성 물질 분해 기술 등에 응용되고 있다.

품 목	기 능
태양열집열기 (Collector)	태양열을 직접 집열
태양열축열조 (Storage Tank)	집열기에서 얻어진 태양열을 저장
태양열제어장치 (Control Box)	태양열의 효율적인 저장 및 제반시스템을 자동조절
순환펌프	집열기와 축열조간의 유체순환
각종 Sensor 및 Control 부품	시스템 조절을 위한 감지장치
보일러 및 버너	보조열원
각종 배관재 및 보온재	시스템배관 및 보온

일반적으로 시판의 unit평판형집열기가 사용된다. 최근에서는 선택흡수면을 가지는 유리 1매의 것이 보통이다. 집열기의 경사각은 난방용으로서는 위도+(20~30o)가 좋고, 위도에 상당하는 각도보다 완경사로 하면 표면의 반사와 먼지의 부착으로 효율이 대폭으로 저하하는 위험성이 있다. 되도록이면 급경사의 지붕면을 준비하여 집열기를 직접 고정시켜 아래로ㅜ터 사다리 등으로 점검하는 것이 좋다. 냉난방용집열기는 방위각이 남으로부터 다소 어긋나 있더라도 여름의 집열량에는 큰 영향이 없으므로 특히 문제되지 않으나, 난방용집열기의 경우는 방위각에 따라 집열량이 대폭으로 변하므로, 되도록이면 정남으로 향하고 있는 것이 바람직하다. 단, 대지가 동남으로 열려 있는 경우는 그 방향에 주개구부를 잡아 오전중의 일사를 창을 통해서 실내로 받아들이며, 오후부터는 남서면에 배치한 집열기로서 집열하는 것도 생각할 수 있다.

태양열난방시스템에서는 축열얄이 크고 축열시간이 길기 때문에 축열수조의 열손실이 매우 크며, 실외설치의 경우, 단열재를 100mm정도 사용하여도 계절에 따라 집열량의 20~40% 정도의 손실이 발생할 때가 많다. 따라서, 축열조는 실내에 설치하는 것이 난방시 바람직하다.

순환펌프의 유량은 최대지열효율시에 왕복온도차 10K정도로서 1l /min·m² 정도가 보통이다. 집열펌프는 일반적인 온수난방용 line pump로서도 좋으나, 내열온도가 100℃ 이하일 때는, 여름철에는 일정온도이상에서는 집열운전을 정지시키는 등의 대책이 필요하다.

보조열원으로서는 연료계와 전기계가 있다. 태양열이용에서의 보조열원은 절반이 태양열로서 커버된다고 하면, 반드시 가장 값이 싼 연료를 사용할 필요는 없다. 보조열원을 전체시스템의 어딘가에 조합시켜 어떻게 제어를 행하는 가는 태양열 의존율을 향상시키는 데 있어서 중요한 것나, 이를 위해서 시스템을 너무 복잡하게 하는 것은 피해야 할 것이며, 극단으로 말하면 보조열원은 태양열난방시스템과는 완전히 분리하여 각실에 난방기를 놓은 방법이 가장 합리적·경제적이다.

설비형 태양열 시스템이란 기계적인 동력을 이용하여 강제적으로 태양열을 저장하는 방식으로 지붕에 있는 집열판(solar collector)에서 뜨거워진 물을 펌프를 이용하여 지하실에 있는 축열탱크(storage tank)로 보내어 열을 저장하는 방식으로 이 축열탱크에 있는 물을 이용하여 난방 및 온수로 사용한다. 맑은 날에 축열탱크에 저장된 이 뜨거운 물로는 약 3일간의 난방 및 온수로 사용이 가능하며, 흐린날이 계속될 경우나 혹은 열이 충분하지 않을 경우를 대비해 보조열원이 지하실에 설치하고 있다.

물론 이 보조열원은 일반 가정집에 비해 용량이 적은 시스템이 설치된다. 또한 이 주택은 온실형을 채택함으로서 자연형 주택의 거실과 마찬가지로 태양열을 직접 받아 축열을 하며 온실로도 가능하다.

자연형 태양열주택이란 아무런 동력없이 태양열을 이용하는 것으로 남측으로 면해 있는 곳의 바깥쪽을 유리창으로 처리하고 그 안에 집열벽을 두어 낮 동안에는 태양에 의해 데워진 공기가 위.아래에 있는 공기의 구멍으로 순환이 되어 난방이 되고, 밤에는 집열벽에 축열되어 있는 열이 벽체를 통해 방안으로 전달이 되므로서 난방이 되는 방식을 이용하는 것이다.또한 거실은 직접 획득형을 사용하여 창을 통해 들어온 태양열이 직접 거실의 공기를 덥히거나 거실바닥에 축열이 이루어지도록 하였다.