김법전
(Dept. of Architectural Engineering, Graduate School, Daejeon Univ.)
,
박재완
(Dept. of Architectural Engineering, Graduate School, Daejeon Univ.)
,
윤종호
(Dept. of Architectural Engineering, Hanbat National Univ.)
,
신우철
(Dept. of Architectural Engineering, Daejeon Univ.)
Purpose: In design and planning Building Integrated Photovoltaic(BIPV) system can reduce cost by replacing building facade as construction material such as roofs, outer walls and windows as well as generating electricity. BIPV system should be applied at the early stage of architectural design. Howe...
Purpose: In design and planning Building Integrated Photovoltaic(BIPV) system can reduce cost by replacing building facade as construction material such as roofs, outer walls and windows as well as generating electricity. BIPV system should be applied at the early stage of architectural design. However, it is hard to decide whether using BIPV system or not for architects and builders who are not professional at BIPV system because performance of system is considerably influenced by types of module, installation position, installation methods and so on. It is also hard for experts because commercialized analytical program of photovoltaic systems is too complicated to use and domestic meteorological data is limited to partial areas. Therefore, we need evaluation program of BIPV system which can easily but accurately interpret generating performance and evaluate validity of BIPV system at the early stage of architectural design even for inexpert. Method: In this study, we collected meteorological data of domestic major region and analyzed generation characteristic of BIPV system by using PVsyst(commercialized software) in accordance with regions, types of solar module, place and methods of installation and so on. Based on this data, we developed performance evaluation program of BIPV system named BIPV-Pro, through multiple regression analysis and evaluated its validity. Result: When comparing predictive value of annual average PR and annual electricity production of BIPV-Pro an that of PVsyst, each of root mean square error was 0.01897 and 123.9.
Purpose: In design and planning Building Integrated Photovoltaic(BIPV) system can reduce cost by replacing building facade as construction material such as roofs, outer walls and windows as well as generating electricity. BIPV system should be applied at the early stage of architectural design. However, it is hard to decide whether using BIPV system or not for architects and builders who are not professional at BIPV system because performance of system is considerably influenced by types of module, installation position, installation methods and so on. It is also hard for experts because commercialized analytical program of photovoltaic systems is too complicated to use and domestic meteorological data is limited to partial areas. Therefore, we need evaluation program of BIPV system which can easily but accurately interpret generating performance and evaluate validity of BIPV system at the early stage of architectural design even for inexpert. Method: In this study, we collected meteorological data of domestic major region and analyzed generation characteristic of BIPV system by using PVsyst(commercialized software) in accordance with regions, types of solar module, place and methods of installation and so on. Based on this data, we developed performance evaluation program of BIPV system named BIPV-Pro, through multiple regression analysis and evaluated its validity. Result: When comparing predictive value of annual average PR and annual electricity production of BIPV-Pro an that of PVsyst, each of root mean square error was 0.01897 and 123.9.
또한 국외에 개발된 대부분의 상용 태양광발전시스템 분석프로그램은 입력조건이 복잡하고 국내 기상자료가 일부지역에 한정되어 정확한 평가가 어려운 현실이다. 따라서 본 연구에서는 비전문가도 설계 초기단계에서 BIPV 시스템의 발전성능을 해석하고, 이에 따른 시스템의 적정성을 간단하고 정확하게 평가할 수 있는 건물일체형 태양광발전시스템 평가 프로그램을 개발하고 그 타당성을 검토하였다.
제안 방법
첫 번째 단계에서는 국내 주요지역의 기상데이터를 확보하였으며, 다음 단계에서는 지역별, 태양광 모듈종류, 설치위치 및 방법 등에 따른 태양광발전시스템의 발전특성 등을 상용 소프트웨어, PVsyst를 이용하여 해석하였다. 마지막 단계로 이 결과를 기반으로 상관관계분석 및 다중회귀분석을 통해 건물일체형 태양광발전시스템의 연간 발전량을 간단하게 분석할 수 있는 추정식을 유도하고, 엑셀기반의 성능평가 프로그램을 개발하였다.
Fig 1은 프로그램 개발을 위한 본 연구의 수행 절차를 나타낸 것이다. 첫 번째 단계에서는 국내 주요지역의 기상데이터를 확보하였으며, 다음 단계에서는 지역별, 태양광 모듈종류, 설치위치 및 방법 등에 따른 태양광발전시스템의 발전특성 등을 상용 소프트웨어, PVsyst를 이용하여 해석하였다. 마지막 단계로 이 결과를 기반으로 상관관계분석 및 다중회귀분석을 통해 건물일체형 태양광발전시스템의 연간 발전량을 간단하게 분석할 수 있는 추정식을 유도하고, 엑셀기반의 성능평가 프로그램을 개발하였다.
대상 데이터
그러나 태양광발전시스템 해석에 필수적인 요소인 일사량 측정은 청에 해당하는 서울특별시, 광역시, 도청 소재지 중심으로 이루어지고 있어 그 외 지역의 일사량 자료는 전무한 실정이다. 이에 본 연구에서는 Meteonorm 프로그램을 이용하여 총 162개 지역에 대한 기상자료를 확보하였다.
데이터처리
BIPV-Pro의 신뢰성을 확인하기 위해 국내 162개 지역 중 25개 지역을 선정하고 설치방법, 방위각, 경사각, 모듈 종류 및 효율, 온도계수, 모듈품질오차, 인버터 효율 등에 따른 건물일체형 태양광발전시스템의 발전특성을 PVsyst와 비교하였다. Table 2는 태양광발전시스템의 설치조건을 나타낸 것이다.
성능/효과
이를 위해 전국 162개 지역의 기후분석 데이터베이스를 확보하였으며, 지역별, 태양광모듈의 종류, 설치 위치, 설치방법 등 다양한 설계조건에 따른 발전성능을 기존 상용소프트웨어, PVsyst를 이용하여 동적 해석하고, 이 결과를 기반으로 상관관계분석과 다중회귀분석을 통해 예측모델을 유도하였다. BIPV-Pro이 예측한 연평균 PR과 연간 태양광발전량을 PVsyst와 비교할 때 RMSE는 0.0303와 123.9로 각각 나타나 적합성이 높은 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건물일체형 태양광발전 시스템의 장점은?
건물일체형 태양광발전(Building Integrated Photovoltaic, 이하 BIPV) 시스템은 PV 시스템과 달리 별도의 설치부지가 필요하지 않으며, 기존 전기를 생산하는 기능 외에 건축외장재용으로 건자재화 하여 지붕, 외벽, 창호 등과 같은 건물 외피를 대체하여 비용절감의 이중효과를 가져온다. 일반 거치형 PV 시스템의 경우 건물 옥상이나 지붕에 덧댄 형식으로 설치되며, 건물의 미관을 해치는 이유로 건축가나 건축주들에게 거부감을 유발시킬 수 있으나, BIPV 시스템은 건물의 외관까지 충족할 수 있는 장점을 갖고 있다.
BIPV 시스템 설치에서 어려운점은?
한편 건축계획 및 설계 초기단계부터 반영되어야 하는 BIPV 시스템 설치는 모듈의 종류, 설치유형 및 설치여건 등에 따라 발전성능이 크게 달라지는 특성으로 인해, 전문적인 지식이 부족한 건축가나 시공자들이 시스템 설치의 적정성을 판단하기에는 어려운 실정이다. 또한 국외에 개발된 대부분의 상용 태양광발전시스템 분석프로그램은 입력조건이 복잡하고 국내 기상자료가 일부지역에 한정되어 정확한 평가가 어려운 현실이다.
프로그램 개발을 위한 본 연구의 수행 절차는?
Fig 1은 프로그램 개발을 위한 본 연구의 수행 절차를 나타낸 것이다. 첫 번째 단계에서는 국내 주요지역의 기상데이터를 확보하였으며, 다음 단계에서는 지역별, 태양광 모듈종류, 설치위치 및 방법 등에 따른 태양광발전시스템의 발전특성 등을 상용 소프트 웨어, PVsyst를 이용하여 해석하였다. 마지막 단계로 이 결과를 기반으로 상관관계분석 및 다중회귀분석을 통해 건물일체형 태양광발전시스템의 연간 발전량을 간단하게 분석할 수 있는 추정식을 유도하고, 엑셀기반의 성능평가 프로그램을 개발하였다.
참고문헌 (7)
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기상청 // (Korea Meteorological Administration)
Meteonorm Global Meteorological Database, Handbook Part I: Software, METEOTEST, 2014
한국태양에너지학회, 표준기상데이터 // (Korea Standard Meteorological data, The Korean Solar Energy Society.) (2015-Seoul-R-015, 2015-Daejeon-R-009, 2015-Daegu-R-010, 2015-Busan-R-009, 2015-Gwangju-R-008)
T. Sugiura, T. Yamada, H. Nakamura, M.Umeya, K. Sakura, and K. Kurokawa, "Measurements, analyses and evaluation of residential PV systems by Japanese monitoring program", Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol. 75, pp. 767-779, 2003.
PVsyst, User's Guide, PVsyst Contextual Help, PVsyst SA 1994-2012.
M. Ebert, H. Stascheit, I. Hadrich, U. Eitner, "The impact of angular dependent loss measurement on PV module energy yield prediction", 29th European PV solar energy coference and exhibition, Amsterdam, The Netherlands, 2014.
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