AFT089 태양열 에너지 실습 장치 — 열공학 실험 장비, 교육용 장비, 교수용 장비1. 개요
본 실습 장비는 위생용 온수, 공조 및 이와 유사한 용도로 사용되는 태양광 발전 설비에 대한 이론 및 실무 학습을 위해 설계되어야 하며, 폭넓은 교육적 활용이 가능해야 합니다.
본 실습 장비는 다음과 같은 4개의 작동 모듈로 구성되어야 합니다.
2. 주 모듈 (MAIN MODULE)
이 모듈은 수직형 프레임 형태로 제작되어야 하며, 시스템의 상세한 실제 유압 회로도가 그려진 전면 패널과 1차 및 2차 회로 내 유체의 순환, 저장 및 제어를 위한 부품들을 포함해야 합니다.
각 부품은 베이스 위에 수직으로 배치되어야 하며, 교재에 기술된 실습 과정 중 수행되는 조립 및 분해 작업을 위해 모든 부품에 편리하게 접근할 수 있도록 설계되어야 합니다. 또한, 학생이 양쪽 측면에서 부품들을 관찰할 수 있도록 장비의 전면과 후면에 개방부가 마련되어야 합니다.
포함되어야 할 부품은 다음과 같습니다:
유압 부품: 보일러 지지대(또는 히터), 열교환기 지지대, 태양광 회로용 열교환기, 마그네슘 양극봉, 강철 탱크 [용량: 80L, 전력: 1200W, 가열 소요 시간(ΔT=45°C 기준): 2시간 17분, 최대 작동 온도: 75°C, 65°C에서의 열 손실량: 0.96 kWh/24h, 최대 작동 압력: 8 bar], 평판형 태양열 집열기, 태양광 회로 충전/배출 밸브, 유량 조절기, 공기 배출 밸브, 안전 밸브, 압력계, 온도계, 체크 밸브, 팽창 탱크, 태양광 회로용 펌프, 위생용 온수(DHW) 펌프, 펌프 회로 지지대.
전기 부품: 제어 장치, 태양광 회로용 펌프, 위생용 온수(DHW) 펌프, 펌프 회로 지지대, 집열기 센서(고온 측), 집열기 센서(저온 측), 탱크 센서(고온 측), 탱크 센서(저온 측), 위생용 온수(DHW) 환수 센서, 냉수 입구 센서, 태양 복사열 센서.
전면 제어 패널은 주 모듈의 상단부에 배치되어야 하며, 다음과 같은 요소들로 구성됩니다:
• 시스템의 상세 회로도,
• 데이터 시각화를 위한 LCD 화면이 탑재된 전자 제어 센터,
• 전원 공급 장치, 보호 장치 및 상태 표시등.
냉수 입구, 위생용 온수 출구, 태양광 패널 연결 등을 위한 유압 연결 포트(소켓)는 모듈의 후면부에 위치해야 합니다.
배관 설비의 규격은 Ø 15mm로 제작되어야 합니다. 태양광 설비용 가스켓이 포함된 프레스 피팅 시스템 방식의 동관.
규격은 1000 x 650 x 1650 mm여야 합니다.
3. 실제 태양광 패널
실제 태양광 패널은 금속 구조물 내에 설치되어야 하며, 배출 밸브, 안전 밸브 및 충전 밸브가 구비된 가요성 배관을 통해 주 모듈과 연결되어야 합니다.
실제 집열기 규격: 1360 x 700 x 2050 mm
흡수 면적: 1.105 m * 1.666 m = 1.840 m²
흡수관 개수: 12개 (MS)
유체 용량: 1.5 l (MS)
4. 태양광 패널 시뮬레이터
태양광 패널 시뮬레이터는 태양광이 직접 비치지 않는 환경에서 실제 집열기를 대신하여 사용되어야 합니다. 이 장치는 안전 밸브와 공기 배출 밸브가 완비된 급속 가열 보일러로 구성됩니다.
탱크 용량: 5 리터
전력: 2000 W
최대 압력: 8 Bar
집열기 시뮬레이터 규격: 650 x 600 x 750 mm
대류형 히터 (Convector Heater)
생산된 온수를 활용하는 수단으로서, 대류형 히터가 사용 가능하도록 구비되어야 합니다. 이 히터는 유연한 배관(flexible pipes)을 통해 연결되어야 합니다.
이 구성 요소는 본 시스템을 통해 얻어진 온수의 효과를 실험적으로 검증할 수 있게 해주어야 합니다. 단, 시스템은 위생 온수 공급, 바닥 난방 등 다른 응용 분야와도 쉽게 연계하여 사용할 수 있도록 충분히 개방적인 구조를 갖추어야 합니다.
공기 유량: 253 m³/h
난방 출력: 2.8 kW
온수 유량: 350 l/h
실습 장비에는 서로 다른 6개 지점에 설치된 6개의 온도 센서와, 에너지량 산출에 사용될 태양 일사량 센서가 내장되어 있어야 합니다. 또한, 최소 1개 이상의 열량계(heat counter)를 연결할 수 있는 기능이 제공되어야 합니다.
본 실습 장비는 태양광 에너지 설비에 대한 이론적 및 실무적 학습을 위한 통합 시스템으로서 기능해야 하며, 다음과 같은 교수-학습 활동을 수행할 수 있도록 지원해야 합니다.
• 모든 구성 요소의 식별 및 각 요소가 시스템 작동과 어떻게 연계되는지에 대한 이해
• 모든 구성 요소의 기술적 제원(parameters) 해석
• 제어 프로세서의 로컬(현장) 제어 실습
• 대류형 히터의 작동(가열) 및 점검
• 예비 에너지(저장 에너지)의 강제 방출 제어
• 순환 펌프의 강제 작동 제어
• 위생 온수 공급(ACS) 설비, 공조 설비 등의 용량 산정(sizing) 기준 학습
• 설비의 설치 및 유지보수 기준 학습
• 제어 시스템에서 제공하는 실시간 운전 데이터의 해석
장비는 연결 케이블, 영문 실험 매뉴얼, 그리고 태양광 제어기에서 데이터를 수집하고 이를 처리하기 위한 전용 소프트웨어를 포함하여 완벽한 형태로 제공되어야 합니다.
