SysML기반 M&S기법을 활용한 BIPV 전력 발전 시스템의 설계 및 최적화 - 이승준 (The Graduate School, Ajou University, 2019)
BIPV(Building Integrated Photovoltaic) 시스템은 건축물에 태양광 발전시스템이 통합되어 건축물 기능과 태양광 전력발전 기능을 만족시키는 대표적인 통합시스템이다. BIPV 시스템은 건축물 외피의 기능을 수행하면서 동시에 태양광 전력발전 기능을 수행할 수 있다는 장점이 있지만, 건축물 설계 프로세스의 개념설계 단계에서부터 태양광 발전기능이 통합되어야 하고, 동시에 전력발전을 극대화할 수 있는 태양광 전력발전 시스템의 설계 및 최적화가 필요하다. 지금까지 BIPV 시스템의 주요 설계 요소들에 대한 결과물은 발표되었지만, 시스템의 통합 요구사항을 기본설계 단계에서 반영할 수 있는 시스템의 아키텍처, 구조 및 거동이 설계되지 못하였으며, BIPV 시스템의 전력발전을 극대화하는 통합 설계를 평가할 수 있는 기반구축과 최적화 모델이 명확하게 제시되지 못하였다. 본 연구에서는 이러한 문제 들을 해결하기 위하여 기존 문서기반의 BIPV 시스템 설계 프로세스를 개선하고, 설계요소에 대한 성능평가 기반을 구축하여, 전력발전 시스템의 최적 모델의 제시 및 신뢰성 검증을 연구목표로 설정하였다. 연구목표를 달성하기 위하여 BIPV 시스템의 통합 설계 요구사항을 체계적으로 식별하여 시스템의 모델기반 통합 설계 프로세스를 생성하고, 통합 설계요소들의 전력발전 성능을 평가할 수 있는 실증 목업 실험동을 설계 및 구축하였다. 또한, 설계요소들 사이의 통계적 관계분석을 수행하여 전력발전 성능이 극대화되는 최적 수치 모델을 제시하였으며, 모델기반 예측 시뮬레이션이 가능하도록 SysML기반 모델(Parametric diagram)을 제시하였다. 마지막으로 실제 BIPV 시스템이 적용된 건물에서 M&S(Modeling and Simulation) 결과를 분석함으로서 전력발전 최적화 모델의 신뢰성 검증 및 실제 업무에서의 활용성을 평가하였다. 본 연구결과는 BIPV 시스템의 통합 설계요소들의 최적화를 통하여 전력발전을 극대화하는 M&S 방법을 제시함으로써 계획설계 단계에서 경제성 평가의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 또한 기본설계 단계에서 BIPV 시스템의 통합 요구사항을 반영하는 모델기반 설계 프로세스를 제시함으로써, 실제 BIPV 시스템에서 전력발전 성능의 개선을 통합적으로 수행할 수 있는 적용 가능성을 보였다.
학위논문(박사)--아주대학교 일반대학원 :시스템공학과,2019. 2