태양광 주변 기상 검토

 

1. 일조시간, 일사량 

 

 (1) 용어

 일사량은 태양광발전소를 건설하기 위해 판단하는 가장 기본적인 기상 자료이고, 태양광 일사량을 표현하는 용어는 다음과 같다.

 

 1) 대기권 밖 일사량 : 대기권 밖 일사량은 대기권 밖의 도달하는 일사량으로 대기 중의 먼지나 수증기에 의한 산란이나 흡수가 발생하기 이전의 일사량을 말한다.

 

 2) 법선면 직달일사량 : 입사면에 수직으로 도달하는 직달일사량이다.

 

 3) 산란일사량(Diffuse radiation) : 전체일사량 중에서 직달일사량을 제외한 부분, 즉 태양면에서 직접 입사되는 일사량을 제외한 모든 방향으로부터 도달되는 일사량을 의미하며 ,이는 태양광이 대기층을 지나는 동안 확산되고 지상의 물체에도 반사되어 방향이 변화되기 때문이다.

 

 4) 수평면 전일사량 : 수평면 직달일사량 + 수평면 산란일사량

 

 5) 수평면 산량일사량(flux of scattered solar radiation) : 수평면에 입사하는 직달일사량 중 지표면에 도달하지 않고 산란되는 일사량이다.

 

 6) 수평면 직달일사량(direct solar radiation) : 대기 중의 수증기나 작은 먼지에 흡수 산란되지 않고, 태양으로 부터 직접 수평면으로 도달하는 일사량이다.

 

 7) 일사량 : 태양으로부터 오는 태양 복사 에너지가 지표면에 닿는 양을 말함. 일사량은 태양광선에 직각으로 놓은 1제곱센티미터[㎠] 넓이에 1분 동안 복사되는 에너지의 양을 측정함으로써 알 수 있다.

 

 8) 직달 일사량(Direct solar radiation) : 대기중의 수증기나 작은 먼지에 흡수 산란되지 않고, 태양으로부터 직접 수평면으로 도달하는 일사량이다.

 

 9) 일사율 : 수평면 전일사량 / 대기권 밖 일사량으로 대기권 밖 일사량 수치에 비해 각 지역별 도달하는 일사량 수치가 얼마나 되는지 비율로 나타낸 것으로 대기에 의해 지표에 도달하는 일사량이 얼마나 감소되었는지를 나타낸다.

 

10) 일조량(Irradiation) : 규정된 일정 기간에 걸쳐 일조 강도(또는 조사 강도)를 적산한 것, 즉 일정 기간에 걸쳐 지표면에 도달하는 태양의 복사에너지의 양을 의미한다.

 

11) 일조시간 : 태양광선이 구름, 안개로 가려지지 않고 지상을 비추는 시간, 즉 일정한 장소에 해가 떠서 질 때까지 태양에서 직접 오는 볕이 지구표면을 쬐는 시간을 말한다. 해가 떴지만 구름이나 안개 또는 다른 그림자에 가려 볕이 나지 않는 시간은 일조시간에서 빠진다.

 

12) 일조율 : 가조시간에 대한 일조시간의 비율 일조율 = 일조시간 / 가조시간

 

13) 청명일 : 구름의 양이 10% 이하인 날

 

14) 청명일수 : 하늘에 구름이 완전히 덮인 상태를 운량 10으로 보았을 때, 운량이 1이하인 경우 청명일로 정의한다.

 

(2) 단위

 1) 태양에 의해 발생하는 에너지를 나타내는 용어는 일사량이라 하고 단위는 다음과 같다.

    [kW/㎡] , [cal/㎡], [kcal/㎡],[MJ]

 2) 열량단위를 일 단위로 변환

   1[kWh] = 1,000 × 3,600[sec](1[W] = 1[J/s]

             = 1,000[J/s] × 3,600[sec] = 1,000 × 3,600(1[J] = 0.23884[cal]

             = 1,000 × 3,600 × 0.23884

             = 859,824[cal] = 859.824[kcal] = 860[kal]

  1[kWh] = 860[kcal]

 3) [kWh]를 [MJ]로 변화하면 다음과 같다.

   1[kWh] = 1 × 10 3승[J/s] × 3,600[sec] = 3.60 × 10 6승 = 3.6[MJ]

 

2. 위도, 경도, 방위, 고도각

(1) 방위각

 1) 남(북)쪽을 기준으로 동쪽 또는 서쪽으로 이루고 있는 각을 방위각 이라 한다.

 2) 태양광 발전에서의 방위각은 북반구에서 정남을 남반구에서는 정북을 기준으로 한다.

 3) 북반구에서 태양은 동쪽에서 뜨고, 남쪽에서 최고 고도를 유지하며, 서쪽에서 지기 때문에 가장 많은 발전량을 얻기 위해서는 남쪽을 기준으로 하여야 한다.

 4) 정남이 아닌 경우 정남에서 멀어질수록 발전량은 감소하게 된다.

 

 (2) 태양 고도각 

 1) 북반구의 경우 하루 중 태양고도가 가장 높은 방향은 정남이다.

 2) 남반구의 경우 하루 중 태양고도가 가장 높은 방향은 정북이다.

 3) 태양의 남중고도가 가장 높을 때(하지) = 90도 - Φ + 23.5도

 4) 태양광 남중고도가 가장 낮을 때(동지) = 90도 - Φ - 23.5도

 5) 춘,추분 시 남중고도 = 90 - Φ 

여기서, Φ은 위도 이다. 한국의 위도는 33~38도이므로 지역마다 확인 하여야 한다.

 

(3) 경사각

 1) 위도와 태양고도에 영향을 받는다.

 2) 10도 이하에서는 강우로 인한 자정효과를 충분히 얻지 못하므로 경사강은 10도에서 90도 상이의 범위 내에서 현장에 맞게 설치한다. 자정효과란 강우시 빗물로 인해 태양전지 모듈에 쌓여있는 먼지나 오염물질을 저절로 깨끗하게 하는 효과로 보면 됩니다. 10도 이하로 할경우 빗물이 태양전지 모듈 프레임에 걸려 빗물의 일부가 남게되어 오염물질이 모듈 경사 낮은 쪽에 맺히게 된다.

 3) 눈이 쌓이는 적설지대에서는 45도 이상의 각도로 하여 20~30[㎝] 정도의 적설에 눈이 자연적으로 흘러내리도록 설계한다. 하지만 설치 경사각이 높을 수록 태양광 구조물의 설치 높이가 올라 간다는 사실도 확인 하여야 한다.

태양광 설계는 최대 5[m]이하로 하여야 한다.