The demand and installation for photovoltaic system(namely, PV) has grown steadily in Korea. However, the PV system has a various economic viability according to the PV system characteristic variables such as inverter efficiency, miscellaneous power conditioning losses, azimuth and slope of PV array...
The demand and installation for photovoltaic system(namely, PV) has grown steadily in Korea. However, the PV system has a various economic viability according to the PV system characteristic variables such as inverter efficiency, miscellaneous power conditioning losses, azimuth and slope of PV array, PV tracking mode, and so on. The other variables are the monthly consumed electric energy and economic related factor such as initial cost, government subsidy, maintenance cost, inflation rate, energy cost escalation rate, discount rate, etc. Therefore, this study is to present economic evaluation of PV system with those concerned factors by calculating internal rate of return, year-to-positive cash flow and net present value indices.
The demand and installation for photovoltaic system(namely, PV) has grown steadily in Korea. However, the PV system has a various economic viability according to the PV system characteristic variables such as inverter efficiency, miscellaneous power conditioning losses, azimuth and slope of PV array, PV tracking mode, and so on. The other variables are the monthly consumed electric energy and economic related factor such as initial cost, government subsidy, maintenance cost, inflation rate, energy cost escalation rate, discount rate, etc. Therefore, this study is to present economic evaluation of PV system with those concerned factors by calculating internal rate of return, year-to-positive cash flow and net present value indices.
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문제 정의
태양광 발전시스템 경제성은 설치시 초기투자비뿐만이 아니라 정부보조금, 발전 전력량과 해당 주택의 전력사용량 및 발전된 전력의 비용절감액에 따라 좌우되며, 이외에도 이러한 경제적 요인인 물가, 전기료 상승률, 할인율 및 온실가스 저감량 혜택 등 제 요인에 영향을 받는다. 이에 본 연구에서는 국내 주거용 건물 중 단독주택을 대상으로 태양광 발전시스템 설치 시 여러 제요인에 대한 경제성 분석을 통해 주요인자를 파악하게 하여 태양광 발전시스템 보급시 참고자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
(4) 3가지 변수, 13개 인자의 인자범위를 선정하여 IRR, PBP, NPV 경제성 지표분석을 실시하여 지표범위에 따른 값들을 그림 1〜3에 제시하여 주요 인자를 파악하였으며, 이와함께 각 지표에 대한 기준모델 대비 각 인자항목별 증감률을 그림 4〜6에 함께 제시하여 그 항목별 민감도를 파악할 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 서울지역 소재 주거용 건물에 3.0kWp의 태양광 발전시스템 설치시, 태양광발전시스템 경제성에 미치는 변수를 태양광 발전시스템과 전력사용량, 경제성의 3 가지 변수와 13개의 인자로 구분하여 IRR, PBP, NPV 지표를 선정, 경제성을 분석하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.
태양광발전시스템 경제성은 크게 태양광발전 시스템, 전력사용량 경제성 부문의 3가지 변수유형으로 구분하여 볼 수 있으며, 본연구에서는 3가지 변수유형에 대해 각 인자 및 평가범위를 표 2와 같이 선정하고 기본모델 대비 경제성을 검토하였다.
대상 데이터
수행하였다. 평가방법으로는 세계적으로 그 타당성이 검증된 RETScreen을 이용하여 발전량과 경제성을 시뮬레이션 평가하였으며, 이때 외기온 및 일사량의 기후데이터는 서울지역 기상데이테)를 사용하였다.
이론/모형
경제성 지표로는 내부수익률(Internal Rate of Return, 이 하 IRR), 단순투자회 수기간 (Year-to-Positive cash flow, 이 하 PBP), 현가 (Net Present Value, NPV)지표를 이용하였으며 25년간의 LCC 평가를 수행하였다. 평가방법으로는 세계적으로 그 타당성이 검증된 RETScreen을 이용하여 발전량과 경제성을 시뮬레이션 평가하였으며, 이때 외기온 및 일사량의 기후데이터는 서울지역 기상데이테)를 사용하였다.
성능/효과
(5) 본 연구에서는 13개의 선정 인자 중에서 특히 주택내 가구의 월전력사용량과 더불어 연간유지관리비가 경제성 지표에 상당한 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 기본모델의 월전력사용량인 500kWh 에 비해 월사용량이 400kWh로 감소하면 IRR 9.
424。2를 적용하여 검토한 결과, 기본모델의 연간 발전량 3, 354kWh는 1.424。2의 온실가스 절감량에 해당되는 것으로 나타났으며, 태양광발전시스템의 시스템 효율을 변화시키면 절감량은 1.35〜 I. 4os로 기본모델 대비 -4.9〜4.2% 수준을 보이며, 설치유형을 일축식과 이축식으로 계획하게 되면 각각 1.61, 1.71% 로 13.4, 20.4% 증가하는 것으로 나타났다. 이로 인한 IRR값(기본모델 17.
4)으로 나타났다. IRR 지표에 대해 기준모델 대비 각 인자 항목별 IRR 증감률을 나타낸 것이 그림 4로, IRR을 높여줄 수 있는 인자에는 월전력사용량, 정부보조금, 전기료상승률, 설치유형, 초기투자비 등의 순서이며, IRR을 낮게 할 수 있는 인자에는 연간유지관리비, 월전력사용량, 정부 보조금 등의 순서인 것으로 나타났다.
IRR 평가에서는 기본모델의 IRR 값 17.7% 대비, IRR값이 30% 이상으로 나타나는 인자에는 월전력사용량(600kMD, 정부보조금(86%) 으로 나타났으며, IRR값 20% 범위대를 나타내는 인자에는 전기료상승률(5%), 설치유형 (이축식), 설치유형(일축식), 전기료상승률(3%), 초기투자비(10%감소), 연간유지관리비(0.5%) 인 것으로 나타났다. 한편, 연간유지관리비 (3%)와 월전력사용량(400kWh) 인자는 IRR 값을 각각 4.
NPV 지표에 대해 기준모델 대비 각 인자 항목별 NPV 증감률을 나타낸 것이 그림 6으로, NPV를 높게 해 줄 수 있는 인자에는 월전력사용량, 전기료상승률, 할인율, 설치유형, 정부보조금, 연간유지관리비 등이며, NPV를 낮게 할 수 있는 인자에는 연간유지관리비, 월전력사용량, 할인율 등의 순서인 것으로 나타났다.
NPV 평가를 위해 각 인자항목별 평균과 표준편차를 구해 본 결과, 표준편차가 큰 인자는 월사용전력량(m=9, 569, a =6, 713)>전기료상승률(m = 11, 351, a =4, 372)>연간유지관리비 (m=5, 384, a=3, 952)>할인률(m=&391, a=2, 800)>정부보조금(m=7, 956, a=1, 710) >설치 유형 (m=9, 864, a=1, 445)>방위 각(m =6, 811, a=1, 116)>물가상승률(m=7, 861, a =799)>초기투자비 (m=7, 956, a =747)>경사각(m = 7, 175, a=6&)>인버터효율(m=7, 896, a =663)>MPC Losses(m=7, 956, a =288)> 온실가스절감혜택(m=8, 206, a =250) 으로 나타났다. NPV 지표에 대해 기준모델 대비 각 인자 항목별 NPV 증감률을 나타낸 것이 그림 6으로, NPV를 높게 해 줄 수 있는 인자에는 월전력사용량, 전기료상승률, 할인율, 설치유형, 정부보조금, 연간유지관리비 등이며, NPV를 낮게 할 수 있는 인자에는 연간유지관리비, 월전력사용량, 할인율 등의 순서인 것으로 나타났다.
NPV 평가에서는 기본모델의 NPV 값 8, 788 천원 대비, NPV값을 18, 000천원대 이상으로 높이는 인자에는 월전력사용량(600kWh), 전기료상승률(5%)이 있으며, NPV값이 10, 00 0〜15, 000천원 범위를 나타내는 인자에는 전기료상승률(3%), 할인율(2.5%), 설치유형(이축식), 설치유형(일축식), 정부보조금(86%), 연간유지관리비(0.5%)가 있는 것으로 나타났다. 한편, 연간유지관리비(3%)와 월 전력사용량(400kWh), 연간유지관리비(2%) 인자는 NPV값을 각각 -276, 2, 274, 3, 840천원으로낮추는 주된 인자로 파악되었다.
1)으로 나타났다. PBP 지표에 대해 기준모델 대비 각 인자항목별 PBP 증감률을 나타낸 것이 그림 5로, PBP를 낮추어 줄 수 있는 인자에는 월전력사용량, 정부보조금, 설치유형, 전기료상승률, 초기투자비 등의 순서이며, PBP를 높게 할 수 있는 인자에는 연간유지관리비, 월전력사용량, 정부보조금, 방위각 등의 순서인 것으로 나타났다.
PBP 평가를 위해 각 인자항목별 평균과 표준편차를 구해 본 결과, 표준편차가 큰 인자는 연간유지 관리 비 (m=7.8, a = 3.1)>월사용전력량(m=6.1, a=2.6)>정부보조금(m=5.6, a= 1.9)>방위각(m=6.2, a =0.6)>초기투자비 (m=5.6, a=0.6)>설치유형 (m=5.0, a =0.5) >경사각(m=6.0, a=0.3)>전기료상승률(m =5.4, a=0.3)>인버터효율(m=5.6, a =0.3)> MPC Losses(m=5.6, a =0.1)>온실가스 절감 혜택(m=5.5, a=0.1)>물가상승률(m=5.6, a=0.1)으로 나타났다. PBP 지표에 대해 기준모델 대비 각 인자항목별 PBP 증감률을 나타낸 것이 그림 5로, PBP를 낮추어 줄 수 있는 인자에는 월전력사용량, 정부보조금, 설치유형, 전기료상승률, 초기투자비 등의 순서이며, PBP를 높게 할 수 있는 인자에는 연간유지관리비, 월전력사용량, 정부보조금, 방위각 등의 순서인 것으로 나타났다.
PBP를 증가시키는 가장 큰 인자로는 연간유지 관리 비(3%)와 월 전력사용량(400kWh)으로 PBP는 12.8, 9.6년인 것으로 나타났으며, 다음으로 정 부보조금(66%), 연간유지 관리 비 (2%), 방위각(서향)의 인자가 각각 7.9, 7.6, 7.0년인 것으로 평가되었다.
기본모델의 월전력사용량인 500kWh 에 비해 월사용량이 400kWh로 감소하면 IRR 9.2%, PBP 9.6년, NPV 2, 274천원으로 기본모델 대비 IRR 8.5% 감소, PBP 4.0년 증가, NPV 5, 682천원 감소가 되는 것으로 나타났으며, 월사용량이 600kWh 로 증가하면 IRR 31.8%, PBP 3.2년, NPV 18, 478천원으로 기본모델 대비 IRR 14.1% 증가, PBP 2.4년 감소, NPV 10, 522천원증가되는 것으로 나타났다. 한편, 기본모델의 연간유지관리비용 1%를 0.
1% 수준에서 변화하는 것으로 나타났다. 또한 설치시 방위각에 따라서는 남향대비 남서향과 서향에서는 연간발전량이 각각 3, 201kWh, 2, 832kWh 로 -4.6%, -15.6% 감소하며, 시스템 설치유형에서는 기본모델인 고정식 대비 방위각 추적의 일축식은 13.0%, 방위 및 경사각을 매시간 추적하는 이축식은 20.4% 발전량 증가를 나타낸다. 따라서 태양광 시스템 발전량 평가에서는 시스템 자체의 효율도 중요하지만, 시스템 설치유형 및 방위각, 경사각의 설치관련 요인이 더 큰 영향을 미칠 수 있으므로, 설치시 각 지역별 지리적, 기후적 특성을 고려한 적정설치 산정과 더불어 고정식 이외 일축 및 이축 가변식 태양광 시스템에 대해서도 초기 투자비 증가를 포함한 보급방안에 대해서도 적극적 고려가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
인자값들의 변동폭을 고려하기 위해 각 인자 항목별 평균과 표준편차를 구해 본 결과, 표준편차가 큰 인자는 월사용전력 량(m= 19.6, a=9.3)>정부보조금(m=20.1, a = 7.7)>연간유지 관리 비 (m= 13.6, a=6.1)>전기 료상승률(m= 19.7, a=2.6)>설치유형 (m=20.3, a=2.0) >초기투자비 (m = 17.8, a =2.0)>방위각(m= 16.1, a= 1.6)>경사각(m= 16.6, a =0.9)>인버터 효율(m= 17.6, a=0.9)>물가상승률(m= 17.7, a=0.6)>MPC Losses(m= 17.7, a =0.4)> 온실가스절감혜택(m= 18.1, a=0.4)으로 나타났다. IRR 지표에 대해 기준모델 대비 각 인자 항목별 IRR 증감률을 나타낸 것이 그림 4로, IRR을 높여줄 수 있는 인자에는 월전력사용량, 정부보조금, 전기료상승률, 설치유형, 초기투자비 등의 순서이며, IRR을 낮게 할 수 있는 인자에는 연간유지관리비, 월전력사용량, 정부 보조금 등의 순서인 것으로 나타났다.
태양광 발전시스템의 발전량 및 경제성을 3가지 변수와 13개의 인자로 구분하여 시뮬레이션 평가한 결과, 표 3과 같이 기본모델의 경우 연간 발전량은 3, 354kWh, 초기투자비 20, 940천원, 연간 온실가스 절감량 1.42 t2, IRR 17.7%, PBP 5.6년, NPV 7, 956천원인 것으로 나타났으며, 13개 인자의 인자값을 변화시킨 경 우의 발전 량과 초기 투자비 , 온실가스절감량, IRR, PBP, NPV값과 기본모델 대비 변화율을 함께 제시하였다. 이 가운데, IRR, PBP, NPV의 시뮬레이션 결과를 크기 순으로 나타낸 것이 그림 1〜3이다.
4년 감소, NPV 10, 522천원증가되는 것으로 나타났다. 한편, 기본모델의 연간유지관리비용 1%를 0.5%로 가정하면 IRR 20.3%, PBP 5.0년, NPV 10, 014천원으로 기본모델 대비 IRR 2.6% 증가, PBP 0.6년 감소, NPV 2, 058천원증가되는 것으로 나타났으며, 관리비용을 3%로 가정하면 IRR 4.3%, PBP 12.8년, NPV -276천원으로 기본모델 대비 IRR 13.4% 감소, PBP 7.2년 증가, NPV 8, 232 천원 감소하는 것으로 나타나 태양광발전시스템의 부품수명 연장 등 유지관리비용 절감을 위한 관리계획이 매우 중요한 요인이 될 수 있음을 파악할 수 있었다.
5%) 인 것으로 나타났다. 한편, 연간유지관리비 (3%)와 월전력사용량(400kWh) 인자는 IRR 값을 각각 4.3, 9.2%로 낮추는 주된 인자로 파악되었으며, 15% 이하로 낮추는 인자에는 연간유지관리비(2%), 정부보조금(66%), 방위각(서향)인 것으로 나타났다.
5%)가 있는 것으로 나타났다. 한편, 연간유지관리비(3%)와 월 전력사용량(400kWh), 연간유지관리비(2%) 인자는 NPV값을 각각 -276, 2, 274, 3, 840천원으로낮추는 주된 인자로 파악되었다.
후속연구
4% 발전량 증가를 나타낸다. 따라서 태양광 시스템 발전량 평가에서는 시스템 자체의 효율도 중요하지만, 시스템 설치유형 및 방위각, 경사각의 설치관련 요인이 더 큰 영향을 미칠 수 있으므로, 설치시 각 지역별 지리적, 기후적 특성을 고려한 적정설치 산정과 더불어 고정식 이외 일축 및 이축 가변식 태양광 시스템에 대해서도 초기 투자비 증가를 포함한 보급방안에 대해서도 적극적 고려가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 3가지 변수, 13개 인자로 범위를 한정하여 경제성을 평가하였으나, 보다 폭 넓은 인자선정 및 인자범위에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.
참고문헌 (5)
이관호,공동주택의 배치 및 블록별 재생에너지 시스템의 적용성에 관한 연구, 한국태양에너지학회 논문집 ,26권 3호,2006.9
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