[논문]체육관 커튼월에 설치된 건물일체형 태양광발전시스템의 발전량과 기후 요소 간의 상관성 분석

박강현; 이정훈; 김수민; 박경원

doi:10.7836/kses.2012.32.1.008

Abstract ▼ AI-Helper

Concerning about global warming due to emission of greenhouse effect gas like C02 and depletion of fossil fuels have been spreading. So the need for solar energy utilization is increased. It is essentially important to make efforts to reduce usage of fossil energy resources. In this study, we analyz...

Concerning about global warming due to emission of greenhouse effect gas like C02 and depletion of fossil fuels have been spreading. So the need for solar energy utilization is increased. It is essentially important to make efforts to reduce usage of fossil energy resources. In this study, we analyzed the correlation between climatic elements and the photovoltaic power generation. Cloud cover of the correlation coefficient was 0.93. The order of the correlation coefficient was average temperatures, hours of sunshine duration of sunshine and the humidity. To accurately analyze of the degree of correlation for the photovoltaic power generation, additional research about climatic elements that show a high correlation is needed.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 서울시 도봉구에 소재한 체육시설에 설치된 건물일체형 태양광발전 시스템(BuildingIntegratedPhotoVoltaic, BIPV)의 발전량과 각 기후 요소별 연간 데이터를 비교 분석하여 상호 연관성을 파악하고자 한다. 이를 통해 태양광발전을 적용하여 온실가스 발생량이 적은 건축물을 설계함에 있어 활용 가능한 정보를 획득하고, 태양광발전 설비의 적용 등과 관련된 의사결정을 위한 기초 데이터를 구축하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 서울시 도봉구에 소재한 체육시설에 설치된 건물일체형 태양광발전 시스템(BuildingIntegratedPhotoVoltaic, BIPV)의 발전량과 각 기후 요소별 연간 데이터를 비교 분석하여 상호 연관성을 파악하고자 한다. 이를 통해 태양광발전을 적용하여 온실가스 발생량이 적은 건축물을 설계함에 있어 활용 가능한 정보를 획득하고, 태양광발전 설비의 적용 등과 관련된 의사결정을 위한 기초 데이터를 구축하고자 한다.

제안 방법

표 1은 연구 대상 건물의 개요와 BIPV가 설치되어 있는 커튼월의 내외부를 보여주고 있다. 건축 입면 파사드의 그리드 모듈에 적합하게 설치되어 있고, 설치면을 남서향에 면하게 하여 오후 시간 일사로 인한 체육관 실내 온도 상승을 부분적으로 차단하는 역할을 하도록 계획되었다. 그림 1은 체육관 건물의 배치와 BIPV 설치면의 향을 보여주고 있다.
, 기온, 강수량, 상대습도, 적설량으로 하였다. 체육관 남서측 커튼월에 설치된 BIPV의 발전량 데이터를 기후 정보와 비교함으로써 상관 관계를 분석하였다. 상관 관계의 시각적 표현은 산포도(Scatterdiagram)를 이용하였다.
기후 요소 중 월간 발전량과의 상관 계수가 가장 높은 것으로 나타난 운량과 기온에 대하여 보다 심층적인 상관 관계를 확인하여 결과를 검증하기 위하여 그림 2에서 보는 바와 같이 연중 발전량이 가장 많은 달인 1월의 일간 기후데이터 및 발전량에 대하여 상관 관계를 분석하였다.
체육관 커튼월의 수직면에 설치된 BIPV의 발전량과 기후 요소 간의 동일 기간 동안의 데이터 변화를 조사하여 상관 관계를 분석한 본 연구의 결론은 다음과 같다.

대상 데이터

본 연구에서는 서울시 도봉구에 소재한 체육관(이하 “A 체육관”)에 설치되어 있는 건물 일체형 태양광발전 시스템을 대상으로 하였다.
상관 관계 분석 대상 기간은 2010년 4월부터 2011년 3월이며, 계측 대상 기후 요소는 일조시간, 운량⁴⁾, 기온, 강수량, 상대습도, 적설량으로 하였다. 체육관 남서측 커튼월에 설치된 BIPV의 발전량 데이터를 기후 정보와 비교함으로써 상관 관계를 분석하였다.

이론/모형

체육관 남서측 커튼월에 설치된 BIPV의 발전량 데이터를 기후 정보와 비교함으로써 상관 관계를 분석하였다. 상관 관계의 시각적 표현은 산포도(Scatterdiagram)를 이용하였다. 산포도는 상관 관계의 유무를 시각적으로 확인하기 위한 그래프이다.

성능/효과

2) 계절의 변화가 뚜렷하고 도시 특유의 기후 특성을 가지고 있는 서울은 습한 아열대 기후에 해당한다.
동절기에 집중되는 적설은 수평면 또는 경사면으로 시설된 태양광 발전시스템의 발전을 일정부분 간섭할 것으로 예상된다. 반면 본 연구에서는 상관 계수 r이 0.40으로 나타나 커튼월의 수직면에 설치된 BIPV는 적설로 인한 발전량 변화에 대한 상관성이 가장 적은 것으로 나타났다. 그림 10은 신적설 다음 날의 발전량에 대한 것으로 연간 평균 발전량을 상회하고 있어 적설이 있은 후 적설로 인한 태양광 발전에 영향을 미치는 정도가 작은 것으로 보인다.
84로 나타나 그림 11에서 보는 바와 같이 높은 음의 상관 관계를 나타내고 있음을 알 수 있다. 표 2에서 보는 바와 같이 연중 기온의 변화는 운량의 변화 경향과 정반대의 움직임을 나타내었으며, 이로 인하여 발전량에 미치는 영향도 강한 음의 상관 관계를 보였었다. 그런데 월간 발전량과의 상관 계수 r이 0.
(1)연구 대상 BIPV의 발전량에 대한 조사 결과, 1월에 가장 많은 양의 발전을 하였으며, 7, 8월에 가장 적은 발전량을 보이고 있어 시기별 발전량의 차이가 있음을 알 수 있었다. 하루 중 가장 많은 발전을 하는 시간대는 14시와 15시 전후로 나타났는데 이는 BIPV의 설치면이 남서측을 향하고 있기 때문으로 오후 시간대에 많은 양의 발전을 한 것으로 판단된다.
(2)기후 요소별 월간 발전량과의 상관 계수 r은 운량이 0.93으로 가장 높은 상관 관계를 보였다. 평균 기온이 0.
40의 상관 계수를 나타냈다. 운량과 기온, 강수량, 상대습도는 음의 상관관계를 나타냈으며, 일조시간은 양의 상관 관계를 보였다.
(3)가장 높은 상관 관계를 보인 운량과 기온에 대하여 1월과 8월을 대상으로 하여 일간 발전량과의 상관 계수를 재확인한 결과 운량은 0.87과 0.84로 나타나 높은 상관성을 보였다. 하지만 기온과 발전량 간의 의 경우 상관 계수가 각각 0.
(4)기후 요소 중 신적설에 따른 발전량의 변화를 분석한 결과, 신적설 당일에는 발전량이 적지만 익일에는 정상적인 발전량을 보임에 따라 집전판이 수직으로 설치되는 BIPV가 적설량이 많은 지역에서 적응성이 있을 것으로 판단된다.

후속연구

93으로 산출되어 기후 요소 중 가장 강한 상관 관계를 나타냈다. 운량이 발전량에 강한 상관 관계를 보임에 따라 운량의 분포와 변화에 대한 조사 분석을 통해 BIPV의 경제성 확보 유무를 판단하는 중요한 기준이 될 수 있을 것으로 보인다.
향후 각 기후 요소별 발전량 변화에 있어 기여 정도와 상관 관계에 대하여 시기별, 지역별 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다. 또한 태양광 발전 시스템별 각각의 발전량 변화 추이에 대한 조사와 발전량에 영향을 주는 요소에 대한 연구가 동시에 진행되어야 할 것이다.
향후 각 기후 요소별 발전량 변화에 있어 기여 정도와 상관 관계에 대하여 시기별, 지역별 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다. 또한 태양광 발전 시스템별 각각의 발전량 변화 추이에 대한 조사와 발전량에 영향을 주는 요소에 대한 연구가 동시에 진행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	화석 연료의 사용 증가는 어떤 문제점을 만드는가?	우리나라의 경우 화석 연료에 대한 의존도가 높으며,대부분의 에너지를 수입에 의존하고 있어 에너지 수급과 가격변동에 민감하다.또한 화석 연료의 사용 증가는 온실 가스 발생량 증가를 동반하여 지구온난화로 인한 환경위기를 심화시키고 있다.
	건물에너지 사용량과 온실가스 발생량을 줄이고자 하는 노력이 대학에서 활발히 이루어지는 이유는?	한편 건물에너지 사용량과 온실가스 발생량을 줄이고자 하는 노력이 대학에서도 활발히 이루어지고 있다.대학의 경우 연면적이 크고,다수의 이용자들이 사용하는 시설물로 구성되어 있어 에너지 소비량이 점차적으로 증가하고 있어 온실가스 발생량도 함께 늘고 있다.이에 따라 대학에서는 화석 연료를 주로 사용하였던 냉난방 방식을 지열과 태양열을 이용하는 방식으로 전환하거나 태양광발전 시설을 구축하여 전기를 생산하는 등 그린 캠퍼스 구축을 위해 다양한 노력을 경주하고 있다.
	체육관 커튼월의 수직면에 설치된 BIPV의 발전량과 기후 요소 간의 동일 기간 동안의 데이터 변화를 조사하여 상관 관계를 분석한 본 연구의 결론은?	(1)연구 대상 BIPV의 발전량에 대한 조사 결과,1월에 가장 많은 양의 발전을 하였으며,7,8월에 가장 적은 발전량을 보이고 있어 시기별 발전량의 차이가 있음을 알 수 있었다.하루 중 가장 많은 발전을 하는 시간대는 14시와 15시 전후로 나타났는데 이는 BIPV의 설치면이 남서측을 향하고 있기 때문으로 오후 시간대에 많은 양의 발전을 한 것으로 판단된다. (2)기후 요소별 월간 발전량과의 상관 계수 r은 운량이 0.93으로 가장 높은 상관 관계를 보였다.평균 기온이 0.87,일조시간과 상대습도가 0.85,강수량이 0.64,적설량이 0.40의 상관 계수를 나타냈다.운량과 기온,강수량,상대습도는 음의 상관관계를 나타냈으며,일조시간은 양의 상관 관계를 보였다. (3)가장 높은 상관 관계를 보인 운량과 기온에 대하여 1월과 8월을 대상으로 하여 일간 발전량과의 상관 계수를 재확인한 결과 운량은 0.87과 0.84로 나타나 높은 상관성을 보였다.하지만 기온과 발전량 간의 의 경우 상관 계수가 각각 0.55와 0.62로 나타나 상관성이 낮은 것으로 확인되어 온도의 높고 낮음이 태양광 발전에 미치는 영향이 작은 것으로 나타났다. (4)기후 요소 중 신적설에 따른 발전량의 변화를 분석한 결과,신적설 당일에는 발전량이 적지만 익일에는 정상적인 발전량을 보임에 따라 집전판이 수직으로 설치되는 BIPV가 적설량이 많은 지역에서 적응성이 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (10)

이관호,건물 및 재생에너지에 관한 미래의 기후변화 예측, 한국태양에너지학회, 28권 1호, 2008.02.

원문보기 상세보기
윤종호, 건물일체형 태양광(BIPV) 및 태양열(BIST) 시스템의 최신 기술동향, 건설기술 쌍용, 여름호(v.59), 2011.06.
김병우, 강인중, 한기봉, 기후요소와 지형 공간요소를 이용한 일사량 모델링, 한국지형정보학회지,18권 4호, 2010.12.

원문보기 상세보기
강인준, 한기봉, 곽재하, 최현, 최치영, 도심지 기후요소 분석에 따른 태양광 발전 시설 위치 결정, 제35회 대한토목학회정기학술대회, 2009.10, pp.1789-1791
노형진, 엑셀에 의한 조사방법 및 통계분석, 법문사, 1998
국립기상연구소, 기후변화 이해하기III-서울의 기후변화, 국립기상연구소, 2009.4, p.2.
http://www.gihoo.or.kr
http://www.greengrowth.go.kr
http://www.kma.or.kr
http://astro.kasi.re.kr

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