[논문]인공위성을 이용한 국내 일사량 분포 예측

조덕기; 윤창열; 김광득; 강용혁

doi:10.7836/kses.2011.31.2.099

인공위성을 이용한 국내 일사량 분포 예측
Estimation of Solar Radiation Distribution in Korea Using a Satellite 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.31 no.2, 2011년, pp.99 - 106

조덕기 (한국에너지기술연구원) , 윤창열 (한국에너지기술연구원) , 김광득 (한국에너지기술연구원) , 강용혁 (한국에너지기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Since the solar energy resource is the main input for sizing any solar photovoltaic system, it is essential to utilize the solar radiation data as an application and development of solar energy system increase. It will be necessary to understand and evaluate the insolation data. The Korea Institute of Energy Research(KIER) has begun collecting horizontal global insolation data since May, 1982 at 16 different locations in Korea and for the more detailed analysis, images taken by geostationary satellite may be used to estimate solar irradiance fluxes at earth"s surface. It is based on the empirical correlation between a satellite derived cloud index and the irradiance at the ground. From the results, the measured data has been collected at 16 different stations and estimated using satellite at 23 different stations over the South Korea from 1982 to 2009. The Result of analysis shows that the annual-average daily global radiation on the horizontal surface is 3.56 kWh/ $m^2$/day and estimated solar radiation fluxes show reliable results for estimating the global radiation with average deviation of -7.27 to +3.65% from the measured values.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서,본 연구의 목적은 일사량을 측정하지 못하는 일부 특정지역에 대하여 미국 나사(NASA)의 지상관측시스템,GEOS-4위성영상²⁾등을 이용한 일사량 예측기법을 적용하여 국내에서의 전반적인 태양광에너지 이용가능성에 대한 정밀분석을 시도하고자 하였다.

제안 방법

인공위성을 이용한 국내 태양에너지 이용 가능성 분석 평가를 위하여 1982년 1월부터 2009년 12월까지 기간 동안 한국에너지기술연구원에서 운영하는 일사량 측정네트워크(16개소)에서 측정된 수평면 전일사량 자료의 평균치와 인공위성 모델링을 통하여 산출된 수평면 전일사량 예측치(23개소)를 가지고 우리나라 주요 지역별로 분석한 결과를 종합해 보면,다음과 같은 결론을 얻게 된다.
임의의 지역의 수평면 전일사량을 예측하기 위하여 일부 특정지역에 대하여 미국 나사(NASA)의 지상관측시스템,GEOS-4인공위성 등을 이용한 일사량 예측기법을 적용한 예측치와 '82.1 ～ 2009.12기간 사이에 실제로 측정된 평균 일사량과 비교하였으며,그 비교결과는 표 1에 제시하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 국내에서의 일사량자원의 광역분포 상태를 분석하기 위하여 관측지간의 평균거리를 약 50km로 설정하고 전반적인 데이터의 정확도 평가를 위해 국내에서 39개 지역,즉 위성예측은 속초를 비롯한 철원,동두천,울릉도,영월,충주,울진,상주, 군산,울산,마산,통영,여수,완도,진도,성산,서귀포,인천,수원,안동,대관령,추풍령, 고산과 실측은 한국에너지기술연구원 관측지인 춘천,강릉,서울,원주,서산,청주,대전,포항,대구,전주,광주,부산,목포,제주, 진주를 대상으로 선정하였다.국내 일사량자원 분석을 위한 관측지 선정 작업에 고려된 사항은 우선,관측지 상호간의 거리는 가능한 균등하게 유지하고,변동형태를 연구할 수 있도록 내륙,해안 등 지역적 특수성을 고려하였다.

성능/효과

(1)1982년 1월부터 2001년 12월까지 기간 동안 우리나라 주요 20개 전 지역에서 측정된 수평면 전일사량은 연 평균치로 계산하였을 때,전국이 하루에 3.56kWh/m²정도를 받는 것으로 나타났다.
(2)우리나라의 월별 수평면 전일사량을 일 년을 기준으로 볼 때,일사량조건이 가장 좋은 달은 봄철인 5월로 하루에 5.04kWh/m²인 것으로 나타났으며,가장 낮은 달은 겨울철인 12월로 하루에 1.88kWh/m²로 나타났다.
(3)계절별로는 연중 여름과 봄철의 태양광조건이 가장 좋으며,가을과 겨울철은 연 평균치에도 훨씬 못 미치는 낮은 수준인 것으로 나타났다.연 평균치에 대한 계절별 태양광조건은 봄과 여름철은 전체 평균보다 공히 24% 높았으며,가을과 겨울철은 12%,37% 정도 상대적으로 낮았다.
(4)전국적인 수평면 전일사량 분포상의 특징을 일사조건이 좋은 순으로 지역대를 나누면,중서부 남해안지방과 태안반도 일대가 전국에서 가장 좋은 곳으로 나타났으며,그 다음은 호남 및 김해평야 일대,중부이남 및 중부이북지방 순으로 나타났다. 반면에 대기오염이 심각한 서울지방은 전국에서 가장 낮은 일사를 기록하였다.
(5)우리나라의 수평면 전일사량 자원에 대한 계절별 일사량자원 분포특성은 봄과 가을철의 일사량조건은 대체로 내륙지방의 지역보다는 해안지방의 지역이 좋으며,여름철은 전국이 고른 분포를 나타낸 반면에,겨울철은 남해 및 나주평야-진주분지-대구분지-경주분지를 잇는 일원 지역이 다른 지역들보다 상대적으로 높은 형태를 나타내었다.
계절별로는 표 3에서와 같이 연중 여름과 봄철의 일사량조건이 가장 좋으며,가을철 겨울철은 연 평균치에도 훨씬 못 미치는 낮은 수준인 것으로 나타났다.연 평균치에 대한 계절별 일사량조건은 봄과 여름철은 전체 평균보다 공히 24% 높았으며,가을과 겨울철은 12%,37% 정도 상대적으로 낮았다.
표 2는 1982년 1월부터 2009년 12월까지 기간 동안 한국에너지기술연구원에서 운영하는 일사량 측정네트워크(16개소)에서 측정된 수 평면 전일사량 자료의 평균치와 인공위성 모델링을 통하여 산출된 수평면 전일사량 예측치(23개소)를 가지고 국내 주요 지역별로 서로 비교한 것이다.분석결과에서 나타난바와 같이 국내 주요 39개 전 지역에서의 수평면 전일사량은 연 평균치로 계산하였을 때,전국이 하루에 3.56kWh/m²정도를 받는 것으로 나타났다.
분포상의 특징을 일사량조건이 좋은 순으로 지역 대를 나누면,중서부 남해안지방과 태안반도 일대가 전국에서 가장 좋은 곳으로 나타났으며,그 다음은 호남 및 김해평야 일대, 중부이남 및 중부이북지방 순으로 나타났다. 반면에 대기오염이 심각한 서울지방은 전국에서 가장 낮은 일사를 기록하였다.
표 1에서 보는바와 같이 인공위성에 의한 시뮬레이션 예측치와 실측치를 비교하여 보면,연평균 오차가 대기오염이 심각한 서울과 일기불순이 심한 제주를 제외하고는 대부분 지역에서 예측치에 대한 실측치의 오차범위가 연평균 -7.27 ～ +3.65% 내에서 나타나 예측치는 실측치와 상당히 근접한 값을 나타내었다.

후속연구

그러나,현재까지의 결과만을 가지고 우리나라의 전반적인 일사량자원 특성을 평가한다는 것은 아직 어려운 실정이다.따라서 앞으로는 본 연구를 바탕으로 일사와 일조시간과의 관계뿐 만아니라 운량,온도,습도 등에 변화에 일사량의 변동형태 등 각종 기후 조건과의 관련성도 규명해 나아갈 계획이다.
참고로 우리나라 주요지역에 대한 1982～2009년 기간 동안의 월별 일평균 수평면 전 일사량 값을 표 2에 제시하였다.이 자료는 우리나라에서 추진되고 있는 태양에너지 이용기술과 관련하여 각종 연구와 보급사업에 보다 활성화하기 위한 기준설계 자료의 대표 값으로 이용할 수 있으리라 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내의 일사량자원의 광역분포 상태를 분석하기 위해 선정한 지역은?	본 연구에서는 국내에서의 일사량자원의 광역분포 상태를 분석하기 위하여 관측지간의 평균거리를 약 50km로 설정하고 전반적인 데이터의 정확도 평가를 위해 국내에서 39개 지역,즉 위성예측은 속초를 비롯한 철원,동두천,울릉도,영월,충주,울진,상주, 군산,울산,마산,통영,여수,완도,진도,성산,서귀포,인천,수원,안동,대관령,추풍령, 고산과 실측은 한국에너지기술연구원 관측지인 춘천,강릉,서울,원주,서산,청주,대전,포항,대구,전주,광주,부산,목포,제주, 진주를 대상으로 선정하였다.국내 일사량자원 분석을 위한 관측지 선정 작업에 고려된 사항은 우선,관측지 상호간의 거리는 가능한 균등하게 유지하고,변동형태를 연구할 수 있도록 내륙,해안 등 지역적 특수성을 고려하였다.
	국내의 수평면 전일사량의 일 평균치로 하루에 얼마나 받는가?	표 2는 1982년 1월부터 2009년 12월까지 기간 동안 한국에너지기술연구원에서 운영하는 일사량 측정네트워크(16개소)에서 측정된 수 평면 전일사량 자료의 평균치와 인공위성 모델링을 통하여 산출된 수평면 전일사량 예측치(23개소)를 가지고 국내 주요 지역별로 서로 비교한 것이다.분석결과에서 나타난바와 같이 국내 주요 39개 전 지역에서의 수평면 전일사량은 연 평균치로 계산하였을 때,전국이 하루에 3.56kWh/m2정도를 받는 것으로 나타났다.

참고문헌 (4)

The Kenneth E. Johnson Environmental and Energy Center, Solar Radiation Data Sources-Applications and Network Design, DOE, U.S.A., 1978
Hans Georg Beyer, Claudio Costanzo and Detlev Heinemann, Modifications of the Helliosat Procedure for Irradiance Estimates from SatelliteImages, Solar Energy, Vol. 56, No.3, pp.207-212, 1996

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MD. RafiqualIslam and R.H.B. Exell, Solar Radiation Mapping from Satellite Image Usinga Low Cost System, Solar Energy, Vol. 56, No. 3, pp. 225-237, 1996

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기상청, "기상년？월보", 1982-2009

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