일사량 산정 모델에 따른 증발량 분석

임창수 한국수자원학회 2019 한국수자원학회논문집 Vol.52 No.12

To evaluate the utilization suitability of solar radiation models, estimated solar radiation from 13 solar radiation models were verified by comparing with measured solar radiation at 5 study stations in South Korea. Furthermore, for the evaluation of evaporation estimates according to solar radiation models, 5 different evaporation estimation equations based on Penman’s combination approach were applied, and evaporation estimates were compared with pan evaporation. Some solar radiation models require only meteorological data; however, some other models require not only meteorological data but also geographical data such as elevation. The study results showed that solar radiation model based on the ratio of the duration of sunshine to the possible duration of sunshine, maximum temperature, and minimum temperature provided the estimated solar radiation that most closely match measured solar radiation. Accuracy of estimated solar radiation also greatly improved when Angstrőm-Prescott model coefficients are adjusted to the study stations. Therefore, when choosing the solar radiation model for evaporation estimation, both data availability and model capability should be considered simultaneously. When applying measured solar radiation for estimating evaporation, evaporation estimates from Penman, FAO Penman-Monteith, and KNF equations are most close to pan evaporation rates in Jeonju and Jeju, Seoul and Mokpo, and Daejeon respectively. 본 연구에서는 13개의 일사량 산정모델들로부터 산정된 일사량을 우리나라 5개 기상관측지점에서 측정된 일사량자료와 비교함으로서 이들 일사량 산정모델들의 활용 적합성을 평가하였다. 또한 일사량 산정모델이 증발에 미치는 영향을 파악하기 위해서 일사량자료를 필요로 하는 Penman 조합식에 근거한 5개 증발량 산정식들을 적용하여 증발량을 산정하고 증발접시 증발량과 비교 분석하였다. 일부 일사량 산정모델은 기상자료만을 필요로 하며, 반면에 다른 일부 모델은 기상자료뿐만 아니라 고도와 같은 지형 자료를 필요로 한다. 연구결과에 의하면 일조시간과 가조시간의 비(일조시간/가조시간)뿐만 아니라 최고기온과 최저기온을 동시에 고려하여 일사량을 산정하는 모델이 관측 일사량과 가장 근사한 결과를 보여주었다. 또한 일조시간과 가조시간의 비만을 이용한 Angstrőm-Prescott모델의 계수값을 보정하는 경우 역시 일사량 산정의 정확도를 크게 개선시키는 것으로 나타났다. 따라서 증발량 산정을 위해 일사량모델을 선정하는 경우 입력자료의 존재여부 뿐만 아니라 적절한 일사량을 산정하는 모델형식을 동시에 고려하는 것이 필요하다. 관측된 일사량을 적용하여 증발량을 산정하는 경우에 Penman식은 전주, 제주지역에서 증발접시 증발량과 가장 근사한 것으로 나타났고, FAO PM식은 서울과 목포지역에서 그리고 KNF식은 대전지역에서 증발접시 증발량과 가장 근사한 것으로 나타났다.

영농형 태양광 발전 시설 하부의 일사량 분포 모델 개발

정영준 ( Youngjoon Jeong ),이상익 ( Sangik Lee ),이종혁 ( Jonghyuk Lee ),서병훈 ( Byunghun Seo ),김동수 ( Dongsu Kim ),최원 ( Won Choi ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

작물 생산과 태양광 발전을 동시에 수행하는 영농형 태양광 발전 시설은 지표면에 도달하는 태양광의 일부를 차단하여 시설 하부에 도달하는 일사량을 감소시키며, 이는 태양광 발전 시설 하부의 작물 생장을 저해할 수 있다. 또한 패널설치 조건에 따라 일반 노지에 비해 지표면에서의 일사량 분포가 시간적·공간적으로 복잡하게 변동한다. 따라서 본 연구에서는 광 시뮬레이션 모형을 이용하여 영농형 태양광 발전 시설 하부 농지의 일사량 분포를 예측하는 모델을 개발하고, 다양한 패널 설치 조건에 따라 하부 농지에서의 일사량 분포를 모의하고자 하였다. 먼저 특정 시각에서의 태양의 고도각 및 방위각을 계산하고 천공적분법과 광선추적법을 활용하여 특정 지점에서 태양광선이 패널과 교차하는지 검토한 뒤 해당 지점에 최종적으로 도달하는 일사량을 추정하였다. 이때 작물의 광합성 과정에 사용되는 파장대의 복사인 PAR (Photosynthetically Active Radiation)만을 고려하기 위하여 단파복사량으로부터 PAR을 추출하는 모델을 적용하였으며, 직달일사와 산란일사를 별개로 고려하기 위하여 직산분리 모델을 적용하였다. 직달 일사량은 그림자가 드리우는 위치에는 전혀 도달하지 못했으며, 산란 일사량은 패널 어레이 가장자리에 중심부보다 많이 도달하는 것을 확인하였다. 또한 월별 일사량 분포를 살펴보면 월별로 태양 고도가 변화함에 따라 일사량의 분포가 크게 변화하였다. 패널 설치 높이에 따라서는 하부 일사량의 총합에는 큰 변화가 없었으나 높이가 높아질수록 하부 일사량이 더 균일하게 분포하였다. 패널 각도에 따라서는 월별로 최적의 각도가 달랐으나 일사량 총합에 큰 차이가 없었다.

UAV 공간정보 기반의 태양광발전소 부지의 일사량 분석

이근상,이종조,Lee, Geun-Sang,Lee, Jong-Jo 한국국토정보공사 공간정보연구원 2018 지적과 국토정보 Vol.48 No.1

최근 신재생에너지 정책의 영향으로 태양광발전소 건설이 꾸준히 증가하고 있다. 고효율 태양광발전소 사업을 위해서는 태양광발전소 부지에 대한 일사량 분석자료를 이용하여 태양광 패널에 대한 최적의 위치와 방향을 결정하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 UAV 공간정보를 기반으로 취득한 DEM 자료를 이용하여 태양광발전소 부지에 대한 일사량 분석을 실시하였다. 분석 결과 2017년 평균 일사량은 $1,474,466W/m^2$ 로 계산되었으며 대상면적을 고려한 전체 일사량은 $33,639MW/m^2$를 보였다. 월별 일사량을 분석하는 것은 태양광발전소 유지보수 업무 측면에서 중요하다. 월별 태양광발전소 부지의 평균일사량 분석에서는 5~7월의 평균 일사량이 $160,000W/m^2$ 이상으로 계산되었으며 1~2월 및 11~12월의 평균 일사량은 $80,000W/m^2$ 이하로 나타났다. 또한 본 연구에서는 UAV 공간정보로부터 계산된 일사량과 국립기상과학원에서 제시한 결과와 비교하였으며, 대상지역의 93.7%가 남향으로 구성되어 있기 때문에 대상지의 평균 일사량이 국립기상과학원의 전국 자료에 비해 약간 높게 나타났다. 따라서 본 연구는 UAV를 이용하여 새로 개발된 태양광발전소 부지에 대한 일사량을 신속하게 계산하는데 이용될 수 있으리라 판단된다. Recently the construction of solar plant showed a steady growth in influence of renewable energy policy. It is very important to determine the optimal location and aspect of solar panel using analyzed data of solar radiation to solar plant area beforehand. This study analyzed solar radiation in solar plant area using DEM acquired from UAV geospatial information. Mean solar radiation of 2017 was calculated as $1,474,466W/m^2$ and total solar radiation of 2017 considering solar plant area showed $33,639MW/m^2$ on analyzed result. It is important to analyze monthly solar radiation in aspect of maintenance works of solar plant. Monthly solar radiation of May to July was calculated over $160,000W/m^2$ and that of January to February and November to December showed under $80,000W/m^2$ in monthly solar radiation analysis of solar plant area. Also this study compared with solar radiation being calculated from UAV geospatial information and that of National Institute of Meteorological Sciences. And mean solar radiation of study area showed a little high in comparison with whole country data of National Institute of Meteorological Sciences, because the 93.7% of study area was composed of south aspect. Therefore this study can be applied to calculate solar radiation in new developed solar plant area very quickly using UAV.

해양건축물에 작용하는 해수면 반사일사량에 관한 연구

화나현,김익현,도근영 대한건축학회지회연합회 2015 대한건축학회연합논문집 Vol.17 No.2

오늘날, 해양건축물의 수요 증가로 인해 연안환경의 중요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 이러한 해양이라는 특수한 환경에서 고려해야 할 요소들 중, 부하에 영향을 주는 해수면 반사 일사에 대하여 분석하였다. 일반적인 건축물은 하절기에 일사를 피하고, 동절기에는 일사량을 얻는 시스템을 구축하고 있다. 하절기의 일사차폐는 기본적으로 천공에서 비치는 하향 일사에 대한 것으로 지면반사와 같이 상대적으로 양이 작은 상향의 일사에 대한 대비는 없는 실정이다. 그러나 전면에 반사율이 높은 해수면과 같은 넓은 반사면이 있는 해양건축물의 경우는 해수면 반사 일사의 영향을 무시할 수 없을 것이라 판단된다. 이에 본 연구에서는 태양고도에 따른 해수면 반사 일사량의 변화를 실험을 통해 도출하였다. 정밀한 수면 반사 평가가 이뤄질 수 있다면, 내륙과 해안에 위치한 건축물의 냉방 부하 설정의 새로운 지표를 설정할 수 있다. Today, gradually the demands of oceanic constructure have been increasing. In this study, it analyzes the reflected solar radiation from the ocean which influences the load among many factor considered for the sea which has a special environment. General buildings located on the land and the waterfront have constructed a system that is avoiding solar radiation in summer and getting solar radiation in winter. Solar shading is about solar radiation from the sky in summer. It have not been that less solar radiation from bottom than solar radiation from the sky prepare shading. Normally, reflected solar radiation from the inland is a little compared with global solar radiation. In other way, reflected solar radiation from the ocean is much compared with reflected solar radiation from the inland. So it judged that this tendency will not ignore. In this study, it have been deduced that reflected solar radiation change from the ocean by the sun’s altitude in an survey experiment. If it is correct, will establish a index about cooling load on ocean structure.

지형조건을 고려한 한국의 일사량 분포 추정

박진기 ( Jin-ki Park ),오시영 ( Si-young Oh ),김봉섭 ( Bong-seop Kim ),박종화 ( Jong-hwa Park ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

기후변화는 전세계의 화두이자 국제 사회의 주요 의제로 대두되고 있으며, 그로 인한 영향은 태양에너지를 비롯한 신재생에너지의 개발과 활용의 필요성을 요구하고 있다. 태양에너지는 국내외적으로 광범위한 분야에 걸쳐 이를 활용하기 위한 연구사업이 활발하게 진행되고 있으며, 이미 여러 분야에서 경제성과 장래성이 입증되고 있다. 그러나 지표면에 도달하는 태양에너지가 막대함에도 불구하고 태양에너지 활용률은 0.1%에도 미치지 못하고 있기 때문에 태양에너지 활용을 극대화시키고 그 효율을 높이기 위해서는 태양에너지의 공간분포 추정이 필요하다. 또한, 태양에너지 공간분포는 작물의 성장과 수확량, 증발산 등 수문모델 및 열환경 해석 등의 입력데이터로 필요로 하고 있다. 태양에너지는 동일한 위도와, 태양 고도 등이 일정하더라도 지형의 경사도와 경사방향에 따라 입사되는 에너지가 달라진다. 본 연구에서는 지형조건을 고려하여 일사량 지형계수를 산정하고 일사량의 공간분포를 추정하였다. 또한 우리나라 일사량 관측은 37개 관측소에서 수행하고 있어 보다 정확한 일사량 관측을 위해 80개 관측소의 일조시간을 이용하였다. 그 결과 일사량은 태양고도가 낮은 겨울에는 남향과 북향의 편차가 크게 나타나고 태양고도가 높은 여름철에는 편차가 작게 나타났다. 대기밖 일사량이 가장 높은 6월과 7월은 장마 등 여름철에 집중되는 호우로 인해 실제 관측되는 일사량은 5월의 일사량이 가장 높고 12월이 가장 낮게 나타났다. 본 연구에서 추정한 지형계수 및 일사량 분포는 우리나라와 같이 복잡한 지형을 반영한 일사량 추정에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

효율적인 태양광 발전량 예측을 위한 Dynamic Piecewise 일사량 예측 모델

양동헌(Dong Hun Yang),여나영(Na Young Yeo),마평수(Pyeongsoo Mah) 한국정보과학회 2017 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.23 No.11

일사량은 태양광 발전시스템의 전력 생산량에 가장 큰 영향을 미치는 기상요소이며, 다른 기상요소들과 달리 기상청의 일기예보를 통해 제공받을 수 없다. 따라서 효율적인 태양광 발전시스템 운용을 위해 일사량 예측에 관한 연구는 필수적이다. 본 연구는 기상정보 데이터 기반의 Dynamic Piecewise 일사량 예측 모델을 제안한다. Dynamic Piecewise 일사량 예측 모델은 유사한 태양고도와 유사한 날씨의 데이터 조각들로 나누어 학습하기 위해, 예측하는 시점의 태양고도와 운량을 기준으로 전체 데이터를 동적으로 나눈 후 기계학습 알고리즘인 다중 선형회귀 알고리즘으로 학습하여 일사량을 예측하는데 사용된다. 본 연구의 성능을 검증하기 위해 제안 모델인 Dynamic Piecewise 일사량 예측 모델과 이전 연구에서 제안한 모델, 기존의 상관관계식 기반 일사량 예측 모델에 동일한 기상정보 데이터 셋을 적용하여 비교하였으며, 비교결과 본 연구에서 제안한 모델이 가장 정확한 일사량 예측 성능을 보였다. Although solar insolation is the weather factor with the greatest influence on power generation in photovoltaic systems, the Meterological Agency does not provide solar insolation data for future dates. Therefore, it is essential to research prediction methods for solar insolation to efficiently manage photovoltaic systems. In this study, we propose a Dynamic Piecewise Prediction Model that can be used to predict solar insolation values for future dates based on information from the weather forecast. To improve the predictive accuracy, we dynamically divide the entire data set based on the sun altitude and cloudiness at the time of prediction. The Dynamic Piecewise Prediction Model is developed by applying a polynomial linear regression algorithm on the divided data set. To verify the performance of our proposed model, we compared our model to previous approaches. The result of the comparison shows that the proposed model is superior to previous approaches in that it produces a lower prediction error.

기상요소 중 일조시간을 이용한 일사량 추정 및 분석

오시영 ( Si-young Oh ),박종화 ( Jong-hwa Park ),박진기 ( Jin-ki Park ),김봉섭 ( Bong-seop Kim ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

일사량은 농업, 수자원 및 물 순환과정과 밀접한 관련성을 갖고 있다. 지표면이 받는 일사량은 지구, 대기 시스템의 에너지 평형과 식생의 일차생산에 지극히 중요한 역할을 하므로 일사량의 시공간분포는 대기뿐만 아니라 육상생태계와 관련된 중요한 변수이다. 특히 증발산과 용수공급량에 많은 영향을 미치고 있어 이에 대한 이해와 관련성 파악이 필요하다. 태양 에너지 및 시스템의 이용이 점차 늘어나면서 일사량에 관한 정보의 필요성이 높아지고 있다. 일사량은 측정기기가 고가이고 보정과 유지에 어려움이 있어 대부분 선진국에서도 기온이나 강수량 관측지점에 비해 일사량 관측지점과 데이터양이 적다. 우리나라 기상관측소에서도 일사량을 측정하는 지점은 22개소로, 미관측 지점이 관측지점보다 더 많은 실정이다. 본 연구는 일사량 실측을 하는 22개 기상 관측소의 일사 및 일조 데이터를 이용한 경험 상수를 각 지점별, 도 단위별, 전국 평균으로 산정하였다. 일사량 예측 값을 추정하고 실측값과 비교, 분석을 통하여 경험 상수에 대한 신뢰성을 평가하고자 하였다. 22개 관측지점의 일별 실측치를 이용하여 회귀식으로부터 경험 상수를 도출하여 도 단위와 전국으로 상수를 적용하였다. 계산된 일조율과 일사율을 독립변수와 종속변수로 두고 회귀식을 도출한 결과 R2=0.883으로 높은 정도를 나타냈다. 이렇게 추정된 일사량의 신뢰성 평가 결과 추정치와 실측치 비교 시, 각 지점별 경험상수를 이용한 경우 오차가 -0.129~+0.746%으로 나타났다. 오차는 도 단위별 상수를 이용한 경우 -0.840~ +4.533%, 전국 평균 경험상수를 이용한 경우 -0.962~+5.843% 이었다. 그 결과 각 지점별 경험 상수를 이용하였을 때 가장 적은 오차를 보였다.

최근 한반도의 일사량 변화 경향 및 공간분포와 AOD와의 관계

류승오,차소영,서명석 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10

에어로졸은 대기 중에 부유하는 고체 및 액체 물질들의 전체를 뜻하는데, 이들은 입사하는 태양복사를 산란 및 흡수함으로써 지표에 도달하는 빛의 양에 영향을 준다. 또한 일사량은 구름, 에어로졸, 오존전량, 가강수량 등 다양한 변수의 영향을 받는데, 이에 따라 시공간 변동성이 굉장히 크게 나타난다. 또한 최근에는 황사와 함께 국내외에서 발생하는 인위적인 에어로졸도 일사량에 많은 영향을 주는 것으로 알려지고 있다. 따라서 본 연구에서는 한반도에서의 일사량의 공간분포 특성 및 최근 40년 간의 특성과, 에어로졸의 변화가 지상에서의 일사량에 미치는 영향을 계절 및 월별로 조사하였다. 이를 위해 사용한 자료는 기상청의 ASOS 지점에서의 일사량, 그리고 MODIS AOD(Aerosol optical depth) 자료이다. MODIS AOD는 Deep Blue 알고리즘을 사용하여 육지의 에어로졸을 산출한다. MODIS AOD 자료를 이용해 최근 한반도의 에어로졸 시계열 분석을 진행하고, 일사량의 시계열과 비교해보고자 한다. 본 발표에서는 일사량 공간분포의 계절적 특성, 기간별 일사량의 변동 특성 및 최근 에어로졸의 변동 특성을 제시할 것이다. 또한 일사량과 에어로졸의 상관성에 대해서도 제시할 것이다.

서울지역 일사량 및 외기온도와 단결정 실리콘 태양광 모듈온도의 상관성에 대한 실증분석

윤다은,박형동,이상남,강용혁 한국자원공학회 2017 한국자원공학회지 Vol.54 No.2

This study analyzed photovoltaic module temperature which affects power generation of photovoltaic systems. The influence of irradiance and ambient temperature on the module temperature was confirmed using data measured in Seoul area. The module temperature increased with increasing irradiance and was similar to ambient temperature at night. Also, as a result of regression analysis, it was confirmed that the effect of irradiance on the module temperature was different depending on intervals of solar irradiance. Correlation between irradiance and module temperature was not valid in an irradiance group under 300 W/m2. The effect of irradiance on the module temperature increased between 300–800 W/m2 and decreased over 800 W/m2. This study has potential in prediction models according to intervals of irradiance. It could eventually lead to more accurate prediction of module temperature and solar power generation. 본 연구에서는 태양광 발전 시스템의 발전량에 영향을 미치는 모듈온도에 대한 실증분석을 실시하였다. 일사량, 외기온도 등 서울지역에서 측정한 기상요소와 모듈온도 자료를 이용하여 일사량과 외기온도가 모듈온도에 미치는 영향을 파악하였다. 실험 및 데이터 분석 결과, 모듈온도는 외기온도와 경향이 동일하고 외기온도를 기본 값으로가졌으며, 일사량의 영향이 더해져서 최종 모듈온도가 정의될 수 있음을 확인하였다. 또한, 모듈온도에 대한 일사량의 회귀분석 결과, 일사량 300 W/m2, 800 W/m2을 기준으로 모듈온도와 일사량의 상관성이 없는 구간, 모듈온도에 대한 일사량의 영향력이 증가하는 구간, 감소하는 구간으로 나눌 수 있었다. 이를 토대로 단일 식을 사용하는 기존 모델보다 해당 지역 자료를 이용하여 일사량 구간별 예측 모델을 사용하는 것이 더 적절함을 확인했다. 본 연구는 서울지역의 실측 자료를 이용하였기 때문에 향후 서울지역에 설치될 시스템 설치 환경을 파악할 수 있으며, 일사량 구간에 따른모듈온도 예측모델 제안 가능성을 보여주어 태양광 발전 시스템 설계 및 발전량 예측에 기여할 것으로 기대된다.

무인항공기를 활용한 지역의 정밀 일사량 공간분포 추정

박진기 ( Jin-ki Park ),박종화 ( Jong-hwa Park ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

태양에너지는 미래의 대체 에너지원으로 국내외적으로 광범위한 분야에서 태양에너지를 활용하기 위한 연구 사업이 활발하게 진행되고 있다. 그 결과 다양한 분야에서 경제성과 장래성이 입증되고 있다. 최근에는 농촌마을에 태양광 발전 사업이 활발히 진행되고 있다. 태양광 발전 사업은 태양광 발전과 에너지 저장장치를 활용, 에너지를 생산·판매하고 수익금은 지역민의 창조농업 사업 등의 재원으로 활용되고 있다. 그러나 토지 수요에 비해 공급이 적어 지속적인 용지 공급이 불가능하여 토지를 효율적으로 이용하면서 에너지 생산을 극대화시킬 수 있는 방안마련이 요구되고 있다. 한편 태양에너지 이용 등 응용면에서 일사량에 대한 요청은 매우 크다 그러나 이에 부응 자료는 매우 부족하다. 그 하나로서 일조시간 및 운량 등을 활용하고 있다. 그러나 어느 요소도 기후적 조건 외에 지형적 조건의 영향을 받고 있기 때문에 실제 분포는 매우 복잡하다. 따라서 본 연구에서는 태양에너지를 효율적으로 사용하기 위한 방안으로 무인항공기를 이용한 정밀 일사량 공간분포 추정을 수행하고자 하였다. 정밀 일사량 추정은 무인항공기를 이용하여 정밀 지형도를 작성하고 이를 활용하여 지형조건을 고려한 일사량의 공간분포를 추정하였다. 연구대상지역은 전라남도 고흥군 풍양면 봉양리 일대로 대상면적은 약 2.1km²이다. 기상 및 일사량 자료는 2014년 기상청 관측 자료를 이용하였다. 일사량 공간분포 추정 결과 계절적으로는 5월이 22.61MJ/m²/day로 가장 높았다. 이 시기에는 지형조건에 따라 최대 23.74MJ/m²/day부터 최소 20.12MJ/m²/day까지 최대 3.62MJ/m²/day의 차이를 보였다. 일사량이 가장 낮은 달은 12월로 6.39MJ/m²/day로 파악되었다. 이 시기는 최대가 6.96MJ/m²/day, 최소가 5.69MJ/m²/day로 조사되었다. 이 시기는 최대 1.27MJ/m²/day의 차이를 보였다. 따라서 동일한 지역이다 하더라도 장소 및 조건에 따라 큰 차이를 보였으며 일사량이 많은 시기에 그 차이는 더 큰 경향을 보였다. 또한 일사량은 지형조건에 따라 20% 이상 차이를 보였으며 태양고도가 높은 여름철 보다 태양고도가 낮은 겨울철에 편차가 큰 것으로 나타났다. 본 연구에서 추정한 정밀 일사량 공간 분포는 농촌마을 태양광 발전 입지 선정과 농작물 재배적지 선정 등에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.