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항나 엄
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1 Current Photovoltaic Research 5(1) (2017) pissn DOI: eissn X 기상조건, 방위각및경사각에따른태양광발전시스템출력분석 이상혁ㆍ권오현ㆍ이경수 * 한국산업기술대학교에너지전기공학과, 시흥시, PV System Output Analysis Based on Weather Conditions, Azimuth, and Sang Hyuk Lee Oh Hyun Kwon Kyung Soo Lee* Department of and Electrical engineering, Korea Polytechnic University, Siheung, 15073, Republic of Korea ABSTRT: PV system output is determined according to the weather conditions, the azimuth and tilt angle. Weather conditions are changing every moment and it seems to vary according to the daily, monthly, and annual basis. The azimuth and tilt angle is decided along the site conditions for the PV system installation. This paper analyzed the PV system output through the changing the weather conditions, the azimuth, and tilt angle. We compared the TMY data and analysis of the two major weather institutes which are KMA and METEONORM. PV system output trend were analyzed by changing the azimuth and tilt angle. We used simulation tool, which is named PVsyst for the entire PV system analysis. Key words: PV system, weather conditions, typical meteorological year, azimuth angle, tilt angle, PVsyst Nomenclature 1. 서론 kwh/m 2 day: 전수평면일평균일조량 MWh/year : 연간 PV 시스템발전량 m/s : 초당풍속 Subscript Global Irradiation : 전수평면일조량 Temperature : 기온 Wind velocity : 풍속 TMY : 대표기후 KMA : 기상청 METEONORM : 독일의사설기상업체 PVsyst : 스위스의태양광발전시스템프로그램 *Corresponding author: kyungsoolee@kpu.ac.kr Received February, 13, 2017; Revised February, 24, 2017; Accepted February, 27, 2017 태양광발전시스템은주로태양으로부터방출되는태양에너지의입사각도에따라시스템효율의성능이크게좌우되고있다. 즉, 태양광을에너지원으로서이용하고자하는경우에는수광면의최적경사각을구하는것이매우중요하다 1). 태양광발전시스템을한지역에설치할경우, 우선적으로고려해야할사항은설치지역의기상조건을고려하는것이다. 연간일조량과기온, 풍속등의정보를활용하여사전에예상발전량을확인하여야한다. 또한, 설치하고자하는지역의방위각및경사각을고려하는것도중요한요소이다. 태양광발전시스템은정남을기준으로정하고동서방향으로방위각이변화함에따라단위면적당일사량이감소하고, 최적경사각을기준으로그각도가변화함에따라단위면적당일사량이감소하여연간발전량에영향을미친다 2). 태양광발전시스템을설치시에사전에발전량을확인할수있는방법은컴퓨터프로그램을이용하는것이다. 본논문에서는스위스제네바대학에서개발한 PVsyst 프로그램을이용하여기상정보, 방위각및경사각에따른태양광발전시스템출력을분석하였다. PVsyst 프로그램내기상정보는독일의기상업체인 METE- c 2017 by Korea Photovoltaic Society This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 38

2 S.H. Lee et al. / Current Photovoltaic Research 5(1) (2017) 39 ONORM 자료의 20년대표기후 (TMY) 를활용한다. 특히, METEONORM사는전세계에있는 8,325개의기상관측소의데이터를 DB 자료로제공하고있으며우리나라는서울, 강릉, 부산, 목포등총 4곳의기상자료를관측및 DB 자료로제공하고있다. 본논문에서는 PVsyst 프로그램내기상정보인METE- ONORM TMY 데이터의적정성을확인하기위하여국내기상청 (KMA) TMY 데이터와비교한다. 이를통해 PVsyst 내적정한기상정보를이용하여국내 4개지역 ( 서울, 강릉, 부산, 목포 ) 에대해방위각을 -90 ( 정동 ) ~ +90 ( 정서 ) 범위에서 10 간격으로변경하고, 경사각을 0 ( 수평 ) ~ 90 ( 수직 ) 범위에서 5 간격으로변경하면서최적방위각과경사각에따른태양광발전시스템의최적연간발전량을살펴본다. 량, 손실, 성능계수등을확인하였다. Table 2는 PVsyst 프로그램에서사용하는태양광발전시스템의파라미터를나타내며, 태양전지모듈 200[Wp] 5000장과인버터 200[kW] 4대를사용하였다. Fig. 5는 PVsyst 프로그램을이용한시뮬레이션과정을나타낸다. 서울, 강릉, 부산, 목포등 4개지역을대상으로경사각은 0 ~90 범위에서 5 씩변경하였고, 방위각은 -90 ~90 범위에서 10 씩변경하여시뮬레이션을진행하였다. 시뮬레이션결과값은 PV array losses, PV system losses, 2. 본론 2.1 대표기후 (TMY) 선정및비교분석 KMA TMY 선정기후관측자료의표본이되는 TMY는태양광발전시스템을설치하고자하는지역에서사전발전량확인을위한기초적인방법이다. TMY 자료를추출하기위해서는지역기후에관한실제자료를수년동안시간별로측정하여야하며 3) 국내기상청 (KMA) 은 30년이상축적된기상관측자료를제공하고있다. Fig. 1은 KMA에서 TMY를선정하는과정을나타내며기상청자료 β년도 α월의태양에너지가 KMA TMY 자료가된다. Table 1은목포지역 TMY 자료를나타내며전수평면일평균일조량, 기온그리고풍속데이터를보여준다. 또한, 이데이터는 METEONORM에서제공하는데이터와동일한파라미터를나타낸다 METEONORM TMY 와 KMA TMY 비교 METEONORM에서제공하는 20년평균 TMY 데이터가적정한지확인하기위하여국내기상청인 KMA에서제공하는 20 년평균 TMY 데이터와의비교및분석을진행하였다. Fig. 2~Fig. 4는 METEONORM TMY와 KMA TMY 20년평균파라미터값을비교한결과를나타낸다. 국내 4개지역의전수평면일평균일조량, 기온및풍속데이터의 METE- ONORM TMY와 KMA TMY의오차는 1% 이내인것을확인하였다. 2.2 지역별연간발전량분석 방위각과경사각에따른비교우리나라 4곳 ( 서울, 강릉, 부산, 목포 ) 에대한 KMA TMY 값을 PVsyst 프로그램내기상정보에입력하여가상의 1MW 태양광발전시스템을대상으로방위각과경사각에따른연간발전 Fig. 1. KMA TMY selection process Table. 1. KMA TMY Month KMA TMY ( ) Global Irradiation (kwh/m 2.day) Temperature ( ) Wind speed (m/s) Jan Feb Mar Apr may Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Avg

3 40 S.H. Lee et al. / Current Photovoltaic Research 5(1) (2017) Fig. 2. Comparison graphs of global irradiation between METEONORM TMY and KMA TMY Inverter output, Produced energy 그리고 Performance ratio 이며, 이중에연간발전전력량 (Produced energy) 를지역별로확인하였다. Fig. 6은 4개지역에대한연간발전전력량을나타내고있으며, 연간발전량이가장높은곳은목포지역이고, 가장작은곳 Fig. 3. Comparison graphs of temperature between METEONORM TMY and KMA TMY 은서울지역을보여준다. 이결과는실제일조량 TMY 모델에서서울지역의전수평면일평균일조량값이나머지 3곳에비해가장작은값에기인함을알수있다. 최적경사각과방위각에있어서경사각은 30도 ~35도, 경사각은 0도에서발전량값이가장큼을알수있었다.

S.H. Lee et al. / Current Photovoltaic Research 5(1) 38-42 (2017) 41 Table 2.

4 S.H. Lee et al. / Current Photovoltaic Research 5(1) (2017) 41 Table 2. PV power plant model parameters Module : Hyundai 200[Wp] 23V Si-poly Inverter : Dasstech 200[kW] [V] TL Module configurations : 10 series, 500 strings Input power : 1,000[kWp] Number of modules : 5000 Number of inverters : 4 azimuth Fig. 5. PVsyst simulation process. Fig. 4. Comparison graphs of wind velocity between METEONORM TMY and KMA TMY 최적방위각과경사각분석 Fig. 7은 KMA TMY와 METEONORM TMY의비교에서국내 4곳의방위각을 0 로고정 ( 방위각은 0도에서발전량이가장크다는것을 Fig. 6에서확인하였음 ) 한후경사각을조정하여연간발전량값을나타낸다. Fig. 6. Comparison graphs of the produced energy ( power)- [MWh/year]

42 S.H. Lee et al. / Current Photovoltaic Research 5(1) 38-42 (2017) with azimuth 0 션결과값이산출되었다.

부산지역에서는 35 에서 1,249[kWh], 30 에서는 1,248[kWh] 로경사각 35 에서미소하게높은값이출력되었다.

결론 본연구에서는기상조건, 방위각및경사각에따른태양광발전시스템출력을분석하였다.

10도간격으로시뮬레이션및연간발전량을확인하였고, 방위각 0 ( 정남 ) 방향에서네곳모두최대연간발전량이산출됨을확인하였다.

부산과목포지역은최적경사각이 30 와 35 에서미소한값의차이를보이거나동일한연간발전량을확인하였다.

5 42 S.H. Lee et al. / Current Photovoltaic Research 5(1) (2017) with azimuth 0 션결과값이산출되었다. 부산과목포의경우에는서울과강릉보다는위도가낮은반면최적경사각은 30 와 35 비슷하게산출되었다. 부산지역에서는 35 에서 1,249[kWh], 30 에서는 1,248[kWh] 로경사각 35 에서미소하게높은값이출력되었다. 목포지역에서는경사각 30 와 35 에서동일한값인 1,355[kWh] 로산출되었다. with azimuth 0 with azimuth 0 4. 결론 본연구에서는기상조건, 방위각및경사각에따른태양광발전시스템출력을분석하였다. 기상조건의경우에는대표기후 (TMY) 자료를이용하였고, PVsyst 프로그램에서사용하는 METEONORM TMY의데이터적정성을확인하기위하여국내기상청 (KMA) TMY와의비교를진행하였다. 그결과, TMY간오차가 1[%] 이하임을확인하였다. 최적방위각과경사각을확인하기위하여 PVsyst 프로그램을이용하여국내 4곳 ( 서울, 강릉, 부산, 목포지역 ) 을대상으로방위각은정동 (-90 ) 에서정남 (0 ) 을거처정서방향 (+90 ) 까지 10도간격으로시뮬레이션및연간발전량을확인하였고, 방위각 0 ( 정남 ) 방향에서네곳모두최대연간발전량이산출됨을확인하였다. 경사각은방위각 0 를기준으로 90 까지 5 간격으로시뮬레이션을수행하였고, 서울과강릉은위도와비례하여 35 에서연간발전량이산출됨을확인하였다. 부산과목포지역은최적경사각이 30 와 35 에서미소한값의차이를보이거나동일한연간발전량을확인하였다. Acknowledgments with azimuth 0 본연구는 2016년도산업통상자원부의재원으로한국에너지공단 (KEA) 의지원 (G ) 을통해수행한연구과제입니다. References Fig. 7. Comparison graph of the KMA TMY and METEONORM TMY of the produced energy() 최적경사각은이론적인배경과같이지역별위도와비례하며서울과강릉에서경사각이 35 에서연간발전량이각각 1,141[MWh/year], 1,279[MWh/year] 로가장크다는시뮬레이 1. Jo, D. K., A Study on the Optimal Installation of Solar Photovoltaic System in Korea, J. of Korean Solar Society, Vo1. 24, No. 3, pp , Choi, Y. G., A Study on the Influence to Solar Radiation by Changing the Azimuth and of a Photovoltaic Array, The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vo1. 62, No. 5, pp , Christiana Honsberg., Stuart Bowden., PV CDROM, Arizona State University, Chapter. 2, pp , 2012.

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<30312DC1A4BAB8C5EBBDC5C7E0C1A4B9D7C1A4C3A52DC1A4BFB5C3B62E687770> Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering 한국정보통신학회논문지(J. Korea Inst. Inf. Commun. Eng.) Vol. 19, No. 2 : 258~264 Feb. 2015 ID3 알고리즘 기반의 귀납적 추론을 활용한 모바일 OS의 성공과 실패에 대한