국내 노후 단독주택의 지역별 태양광 시스템 적용 효과 분석 = Analysis of the Effect of Application of Solar System by Region of Korea's Old Single-family Housing

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 국내 노후 단독주택의 에너지 효율을 높이기 위한 실질적인 방안으로 지역별 태양광 발전 시스템 적용 효과를 정량적으로 분석하는 것을 목적으로 한다. 국내 단독주택의 절반 이상(52.8%)이 30년 이상 경과하여 주거 환경 및 에너지 성능 개선이 시급한 상황임에도 불구하고 기존 지붕 개선 사업은 누수와 기술 부재 문제로 미진한 실정이다. 이에 eQuest(the quick Energy Simulation Tool)를 활용하여 22개 지역별 표준 기상 데이터(TMY)를 기반으로 표준화된 노후 단독주택 모델을 구축하고, 1.5 kW 및 3 kW급 태양광 시스템을 적용한 시뮬레이션 분석을 수행하였다.
분석 결과, 태양광 시스템 적용 후의 최종 에너지 소비 활용률(절감 비율)은 지역별로 최대 5.7%의 유의미한 차이를 보였다. 특히, 3 kW 시스템 적용 시 대관령(23.0%) 지역이 가장 높은 활용률을, 전주(17.3%) 지역이 가장 낮은 활용률을 나타냈다. 연간 총발전량(OUTPUT)의 편차 역시 지역 간 약 24.3%에 달하여, 태양광 발전 성능이 위도보다는 국지적인 기후 조건(일사량, 온도 등)에 의해 크게 좌우됨을 확인하였다. 또한, 지역별 전천일사량, 직달일사량, 산란일사량과 시스템 운영 에너지(INPUT) 간의 상관계수(R)가 37.82%~53.06%로 낮게 나타나, 지역별 활용률 차이가 시스템 운영 비용의 변동이 아닌 순수한 발전 성능의 지역적 차이임을 통계적으로 입증하였다.
이러한 결과는 노후 주택의 에너지 효율 개선을 위해 전국 일괄적인 지원보다는 지역별 기후 특성과 건물 소비 패턴을 고려한 맞춤형 태양광 시스템 용량 및 설치 방식을 제안해야 함을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to quantitatively analyze the effect of applying photovoltaic power generation systems by region as a practical way to increase the energy efficiency of old detached houses in Korea. Although more than half of domestic detached houses (52.8%) have been over 30 years, and it is urgent to improve the residential environment and energy performance, the existing roof improvement project is insufficient due to leakage and technology absence. Therefore, a standardized single-family house model was constructed based on the standard weather data (TMY) for 22 regions by using the quick energy simulation tool (eQuest), and simulation analysis was performed by applying 1.5 kW and 3 kW class solar systems.
As a result of the analysis, the final energy consumption utilization rate (reduction rate) after the application of the solar system showed a significant difference of up to 5.7% for each region. In particular, when the 3 kW system was applied, the Daegwallyeong (23.0%) region showed the highest utilization rate, and the Jeonju (17.3%) region showed the lowest utilization rate.
The deviation of the annual total power generation (OUTPUT) also reached about 24.3% between regions, confirming that solar power generation performance is largely influenced by local climatic conditions (sunshine, temperature, etc.) rather than latitude. In addition, the correlation coefficient (R) between regional total solar radiation, direct solar radiation, scattering radiation, and system operating energy (INPUT) was low at 37.82% to 53.06%, statistically proving that the difference in utilization rate by region is not a change in system operating cost, but a regional difference in pure power generation performance.
These results suggest that customized solar system capacity and installation methods should be proposed considering regional climate characteristics and building consumption patterns rather than nationwide collective support to improve energy efficiency of old homes.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구배경과 목적 1
• 1.2 연구의 범위 및 방법 2
• Ⅱ. 이론적 배경 3
• 2.1 기존 연구 동향 3
• 2.1.1 노후 단독주택의 에너지 성능 연구 동향 4
• 2.1.2 태양광 발전 기술 동향 5
• 2.1.3 노후주택 기존 지붕 개선 현황 6
• 2.2 분석 프로그램 7
• 2.2.1 프로그램 개요 7
• 2.2.2 프로그램 구성 및 방법 8
• Ⅲ. 연구 방법 및 모델 설정 9
• 3.1 분석 대상 건물 선정 및 모델링 9
• 3.1.1 e-QUEST 조건의 설정 10
• 3.2 지역별 기상 데이터 구축 11
• 3.2.1 국내 22개 분석 대상 지역 선정 11
• 3.2.2 지역별 기상 데이터(TMY)입력 및 보정 12
• 3.3 태양광 시스템 적용 시나리오 설정 13
• 3.3.1 태양광 시스템 설치용량 및 사양 13
• 3.3.2 설치조건 설정 14
• 3.4 분석 방법 및 평가 지표 15
• Ⅳ. 분석 결과 및 고찰 16
• 4.1 지역별 노후 단독주택의 에너지 소비 특성 분석 17
• 4.2 지역별 태양광 시스템 발전량 비교 분석 18
• 4.2.1 태양광 발전 성능 및 에너지 절감 효과 비교 18
• 4.2.2 태양광 발전량 편차 및 지역별 특징 21
• 4.3 지역별 태양광 시스템 적용 효과 분석 22
• 4.4 시스템 운영 에너지와의 상관관계 분석 24
• Ⅴ. 결론 28
• 5.1 연구 결과 요약 및 시사점 28
• 5.2 연구의 한계점 및 향후 연구 과제 29
• 참고문헌 30
• Abstractpage 33
• 감사의글 35