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<div>__TOC__</div> ==프로젝트 개요== === 기술개발 과제 === ''' 국문 : ''' 태양광 모듈 전용 고정장치 설계 ''' 영문 : ''' Fixing Equipment for Solar Module ===과제 팀명=== SUN(선) ===지도교수=== 오명도 교수님 ===개발기간=== 2017년 9월 ~ 2017년 12월 (총 4개월) ===구성원 소개=== 서울시립대학교 기계정보공학과 2011550003 남현수 서울시립대학교 기계정보공학과 2011430035 정상진 서울시립대학교 기계정보공학과 2014430041 주라쿨로브 아지즈벡 서울시립대학교 기계정보공학과 2011430031 이형래 ==서론== ===개발 과제의 개요=== ====개발 과제 요약==== ◇ 태양광 모듈을 효과적으로 고정할 수 있는 고정장치를 설계 ◇ 기존의 마운팅 슬롯에 체결하지 않고 태양광 모듈의 프레임과 압착되는 형태의 고정장치를 고안 ◇ 충분한 안전성을 확보 ====개발 과제의 배경 및 효과==== ===== 개발 과제 선정 배경 ===== [[파일:sun1.jpg]] ◇ 온실가스 배출로 인한 지구 온난화 가속 ◇ 대체 에너지에 대한 관심 집중 [[파일:sun4.jpg]] ◇ 친환경 에너지원인 태양광 발전에 대한 수요가 급증 ===== 개발과제 목표 달성 시 얻을 수 있는 효과 ===== ◇ 태양광 모듈을 좁은 폭의 베란다 난간에도 설치가 가능해짐 ◇ 작업자가 베란다 난간에 태양광 모듈을 설치하기에 한결 수월해짐 ====개발 과제의 목표와 내용==== ◇ 목표 : 태양광 모듈의 프레임을 압착하여 고정할 수 있는 고정장치를 안전하게 설계하자 ◇ 기존에 쓰이는 볼트 체결 방식은 마운팅 슬롯에만 체결해야 하는 제약이 있습니다. 따라서 이를 개선하여 태양광 모듈의 프레임에 직접 압착하여 고정할 수 있는 형태의 고정장치를 설계하면 태양광 모듈의 프레임의 좁은 폭에도 막대를 고정할 수 있게 됩니다. ===관련 시장에 대한 분석=== ====경쟁제품 조사 비교==== [[파일:sun6.jpg]] ====마케팅 전략(SWOT)==== [[파일:sun7.jpg]] [[파일:sun8.jpg]] ===개발과제의 기대효과=== ====기술적 기대효과==== 지금보다 작은 공간을 이용해 설치가 가능하기 때문에 설치가 불가능했던 빌라 등에 미니 태양광모듈을 설치하는 것이 가능해질 뿐아니라 좁은 공간을 활용할 수 있기에 한결 수월하게 시공할 수 있게 됩니다. 그리고 간단한 구조를 지니고 있기에 양산이 가능하고 손쉽게 설치할 수 있습니다. ====경제적 및 사회적 파급효과==== [[파일:sun9.jpg]] 그림 7 태양광 발전기 설치 광고 태양광 모듈을 사용함으로써 가정의 전기 사용료를 절감하는 효과를 얻습니다. 월 최소 5000원에서 최대 15000원의 전기 사용료를 절감함으로써 1~2년만 사용하더라도 설치비를 회수하는 것이 가능할 것으로 예상됩니다. 그리고 태양광 모듈은 태양 빛을 에너지원으로 이용하기 때문에 다른 연료를 사용하지 않으며, 온실 가스 및 기타 배기가스를 직접적으로 배출하지 않습니다. 따라서 공기를 오염시키지 않으며, 환경 친화적이고 다른 재생에너지와 달리 소음도 발생시키지 않습니다. ===구성원 및 추진체계=== [[파일:sun10.jpg]] ==설계== ===설계사양=== ====제품 요구사항 및 희망사항==== [[파일:sun11.jpg]] ====목적계통도==== [[파일:sun12.jpg]] ===개념설계안=== ===이론적 계산 및 시뮬레이션=== ====Ansys를 통한 태양광 고정장치에 대한 하중 분석 조건==== - 각 고정장치는 모듈의 네 부분에 고정 - 판넬의 무게는 이며 앞면의 면적은 약 2제곱미터 ====하중분석==== 중력을 9.8m/s^2로 가정하고 하중 분석을 진행하였습니다. 총 네 개의 고정장치에 하중이 분산되므로 각각의 고정 장치에 걸리는 하중은 약 60N이나 시뮬레이션 상에선 2300N을 주어 실제보다 약 40배 가량 더 크게 주었습니다. 하중은 위에서 아래로 누르는 방향으로 위쪽 면적에 주었습니다. 고정장치에서 막대와 가까운 부분에서 모멘트가 크게 작용하여 70Mpa가까이 증가한 모습을 확인할 수 있었습니다. 그리고 최대 응력은 157Mpa이었습니다. 303번 Stainless steel을 사용한다고 가정하면 항복강도가 241Mpa이므로 항복은 발생하지 않을 것으로 예상되지만 100Mpa이상이므로 수차례의 충격에 의한 피로파괴가 발생할 가능성이 있습니다. [[파일:sun14.jpg]] [[파일:sun15.jpg]] 2300N의 하중에 대한 분석 결과 ====풍하중분석==== 2005년 대한건축학회 건설교통부고시 건축구조설계기준 KBC2005에 따르면 100년 재현 기대 풍속은 30m/s 입니다. 또한 <엔지니어를 위한 내풍 공학> 교재에 따르면 형상에 따라 항력계수가 변화하며 기울어져 있는 판의 경우엔 세워진 판에 비해 항력이 1.2배 증가함을 알 수 있었습니다. 그리고 건물 주변에서의 유속을 시뮬레이션 한 자료에 따르면 건물의 가에서 풍속이 최대 1.4배 증폭되는 것으로 확인되었습니다. 따라서 풍압을 약 1.68배 가량 증가시켜 시뮬레이션을 진행하였습니다. 그리고 태양광 모듈에 총 네 군데에서 구조물이 고정되므로 각 구조물에 걸리는 하중은 4분의 1이 됩니다. 이렇게 발생한 풍압력을 모듈의 수직한 방향으로 나오도록 적용해주었습니다. 그리고 하중은 모듈의 무게인 23kg만을 고려해주어 230N의 힘이 아래로 작용하도록 적용해 주었습니다. 이때 내부 구조물의 끝 모서리에서 최대 압력인 119Mpa이 걸림을 확인할 수 있었습니다. 이러한 응력 집중을 해소하기 위해서 모듈 내부에서 지지하는 부위의 길이를 늘이고 끝 모서리를 라운딩하여 응력집중을 해소해야 함을 알게 되었습니다. 그러나 태양광 모듈마다 내부 길이가 모두 제 각각이기 때문에 호환성을 위해 내부 길이는 짧게 유지한 채 모서리 끝만 라운딩하는 조치를 취하였습니다. [[파일:sun16.jpg]] 풍하중 분석에 대한 결과 ===조립도=== ====조립도==== [[파일:sun17.jpg]] 설치 예시 [[파일:sun18.jpg]] 설치 예시 전면 [[파일:sun19.jpg]] 설치 예시 측면 ====조립순서==== [[파일:sun20.jpg]] 모듈에 상부 고정장치를 끼웁니다. [[파일:sun21.jpg]] 막대를 상부 고정장치의 뒤에 장착합니다. [[파일:sun22.jpg]] [[파일:sun23.jpg]] 하부 고정장치로 막대를 감싼 후 태양광 모듈의 아래쪽 부터 위로 올려 끼웁니다. [[파일:sun24.jpg]] 막대 좌측에 볼트를 체결한 뒤 막대 뒤에서 Taping나사를 체결하여 태양광 모듈을 밀어줍니다. [[파일:sun25.jpg]] 최종 모습입니다. 이러한 방식으로 상하좌우를 고정합니다. ===부품도=== 공차는 1mm가량으로 주었고 스텐레스 판넬로 제작하기 때문에 굽힘 공정과 레이저 절삭으로 양산이 가능한 구조로 설계하여 제작하였습니다. [[파일:sun26.jpg]] [[파일:sun27.jpg]] (a) 외부 덮개 (b) 내부 끼우개 [[파일:sun28.jpg]] [[파일:sun29.jpg]] 태양광 모듈과 막대 예시 모형 [[파일:sun30.jpg]] [[파일:sun31.jpg]] 외부 덮개 [[파일:sun32.jpg]] [[파일:sun33.jpg]] 내부 끼우개 [[파일:sun34.jpg]] [[파일:sun35.jpg]] 조립한 형태 ===자재소요서=== [[파일:sun36.jpg]] ==결과 및 평가== ===완료작품 소개=== ====프로토타입 사진==== [[파일:sun37.jpg]] 상부 [[파일:sun38.jpg]] 하부 ====포스터==== [[파일:sun39.jpg]] ====특허출원번호 통지서==== [[파일:sun출원번호통지서.png]] ===완료 작품의 평가=== [[파일:sun40.jpg]] ===향후평가=== 50m/s의 풍동실험을 진행하여 통과하면 서울시의 허가를 받아 시판이 가능합니다. 그러면 내년 2월부터 양산에 들어가 3월부터 시판하게 됩니다. 그러나 이 고정 장치는 본래 30m/s를 기준으로 설계되어있기 때문에 50m/s 이상의 강한 바람을 동반하는 초대형 태풍에 대비하여 추가적인 노끈을 설치하는 등의 대비가 필요합니다. 이 고정장치를 사용하면 기존에 고정하기 위해 쓰이던 구멍인 마운팅 슬롯이 남게 되기 때문에 여기에 노끈을 매달아 난간에 고정함으로써 초대형 태풍에도 효과적으로 대비할 수 있습니다. ==부록== ===참고문헌 및 사이트=== 1) 2005년 대한건축학회 건설교통부고시 건축구조 설계기준 KBC2005 - 100년 재현 기대 풍속: 30m/s 2) 엔지니어를 위한 내풍공학 369p. 설계속도압 3) 엔지니어를 위한 내풍공학 211-212p. 건물 외벽에서의 풍속 시뮬레이션 결과 4) 엔지니어를 위한 내풍공학 233p. 표4.3.2. 형상에 따른 항력계수
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