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김문기 ( Moonki Kim ),임민섭 ( Minseob Lim ),윤홍선 ( Hongsun Yun ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
지구는 태양을 타원으로 공전하고 있기에 태양으로부터 도달되는 일사량은 계절에 따라 다르다. 1월이 태양과 지구가 가장 가까운 거리에 있다. 또한 지구가 자전하기에 고정된 태양 전지 모듈에서는 하루에도 태양의 입사각이 수시로 변화하고 태양광 발전량도 계속적으로 변화한다. 그리고 현재 태양 전지모듈의 기술로 25°C 기준에서 태양 전지 모듈의 집광 온도가 벗어날수록 발전 효율도 감소하게 된다. 본 연구에서는 계절에 따른 외기 일사량, 지구의 경사각, 위도, 태양 전지 모듈의 설치각도를 고려하여 계절·각도별 일사량과 태양 전지 모듈의 발전량을 예측하는 모델을 제안하고자 한다. 또한 계절에 따른 태양 전지 모듈의 온도 증가와 감소에 따른 출력 변화를 모듈 온도 계수의 개념으로 사용하였다. 마지막으로 성능비(Performance ratio: PR)를 빛의 일률에 대한 태양광 발전 시스템의 전력 발전 일률로 계절에 따른 성능평가를 해 보고자 한다. 본 연구에서는 지구 대기권 도달 일사량, 모듈 효율 15.5%, 모듈 온도 상수 -0.5%, 일일 발전 시간(8시~17시)을 기준으로 잡았다. 연구 결과는 다음과 같았다. 일일 누적 일사량은 설치각 15°에서 6월, 설치각 30°에서 4월, 설치각 45°에서 3월에서 최대이고 일일 누적 발전량은 설치각 15°에서 5월, 설치각 30°에서 2월, 설치각 45°에서 2월이 최대가 된다. 성능비(전력 발전 일률/빛의 일류)는 1~2월에 가장 높음을 보였다. 또한, 계절별 일일 누적 일사량과 일일 누적 발전량은 1월에서 70°, 4월에서 40°, 7월에서 30°가 최대였다. 성능비는 1월에 1.02, 4월에 0.9325, 7월에 0.845로 나타났다. 이상의 결과로 볼 때 지구의 타원형 공전으로 인한 계절별 일사량의 차이와 태양 전지 모듈의 온도에 따른 발전 효율 변화는 태양광 발전 성능비를 다른 계절에 비해 1월~2월에 가장 유리함을 보였다. 1~2월에는 설치각 70°, 봄·가을에는 설치각 40°, 7월에는 30°가 태양광 발전에 유리함을 보였다. 그리고 성능비는 태양 전지 모듈 설치각 변화함에 따라 일사량, 발전량도 변화하게 되어 같은 설치각도에서는 동일 성능비를 나타냄을 알 수 있었다. 전력부하와 용처에 따라 적정한 태양전 모듈의 설치각도를 결정하는 것이 중요한 것으로 판단되었고, 본 연구에서 개발된 예측모델이 이러한 작업에 유효하게 사용될 수 있을 것으로 판단되었다.