서울시 햇빛지도 기반의 RPS제도를 고려한 옥상녹화 연계 태양광발전 시스템의 경제성 분석 Economics Analysis of Photovoltaic Power Generation Linked with Green Roof in Consideration of Seoul Solar Map-based RPS원문보기
In power supply systems for urban areas, issues such as a progressive tax have escalated recently. In this regard, photovoltaic power generation, which is appraised as an alternative power generation system, is drawing attention increasingly for its high stability and applicability to existing infra...
In power supply systems for urban areas, issues such as a progressive tax have escalated recently. In this regard, photovoltaic power generation, which is appraised as an alternative power generation system, is drawing attention increasingly for its high stability and applicability to existing infrastructure. This study assessed the realistic feasibility of photovoltaic power generation and also analyzed the economic benefits expected when it is linked with green roof, which is likely to promote ecological functions in urban areas, based on the Seoul solar map, RPS, and actual monitoring data. The economics analysis of 30kW photovoltaic power generation applied with the monthly average horizontal solar radiation of six grades in the Seoul solar map showed that positive NPV was up to grade 4, while grade 5 or poorer showed negative NPV and indicated that it is difficult to assure appropriate feasibility. Compared with non-afforestation, when green roof was applied, monthly average power improvement efficiency was 7.2% at highest and 3.7% at lowest based on yearly actual monitoring data. The annual average was 5.3%, and the efficiency was high relatively in summer, including September and November. As for the economic benefits expected when 30kw photovoltaic power generation is combined with green roof based on the average horizontal solar radiation of grade 1 in the Seoul solar map, SP has improved 0.2 years to 7.4 years, and EP has improved 0.5 years to 8.3 years.
In power supply systems for urban areas, issues such as a progressive tax have escalated recently. In this regard, photovoltaic power generation, which is appraised as an alternative power generation system, is drawing attention increasingly for its high stability and applicability to existing infrastructure. This study assessed the realistic feasibility of photovoltaic power generation and also analyzed the economic benefits expected when it is linked with green roof, which is likely to promote ecological functions in urban areas, based on the Seoul solar map, RPS, and actual monitoring data. The economics analysis of 30kW photovoltaic power generation applied with the monthly average horizontal solar radiation of six grades in the Seoul solar map showed that positive NPV was up to grade 4, while grade 5 or poorer showed negative NPV and indicated that it is difficult to assure appropriate feasibility. Compared with non-afforestation, when green roof was applied, monthly average power improvement efficiency was 7.2% at highest and 3.7% at lowest based on yearly actual monitoring data. The annual average was 5.3%, and the efficiency was high relatively in summer, including September and November. As for the economic benefits expected when 30kw photovoltaic power generation is combined with green roof based on the average horizontal solar radiation of grade 1 in the Seoul solar map, SP has improved 0.2 years to 7.4 years, and EP has improved 0.5 years to 8.3 years.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구는 대안적 전력 문제결방안인 태양광발전의 현실적인 사업성 평가와 더불어 도시의 생태적 기능성 증진이 가능한 옥상녹화와 연계할 경우 기대할 수 있는 경제적 차익을 제시하려 한다. 이에 대한 객관성 확보를 위해 서울시 햇빛지도, RPS제도 및 장기간 실측 모니터링 자료를 연동한 복합적 관점의 경제성 분석을 제공하고자 한다.
본 연구는 전력문제의 효율적인 해결방안인 태양광발전의 생태적 기능성 개선을 기대할 수 있는 옥상녹화 연계 태양광발전 시스템의 경제성에 대하여 서울시 햇빛지도, RPS제도 및 실측 모니터링 자료를 기반으로 분석하였으며, 다음과 같이 연구결과를 정리할 수 있다.
본 연구를 통해 현실적인 모의를 위해 현재 사용 중인 객관적광자원 자료, 정책 및 실측 데이터를 기반으로 광자원 등급에 따른 경제성과 태양광발전과 옥상녹화의 연계 시 예상되는 전력개선효과를 산출하였다.
따라서 본 연구는 대안적 전력 문제결방안인 태양광발전의 현실적인 사업성 평가와 더불어 도시의 생태적 기능성 증진이 가능한 옥상녹화와 연계할 경우 기대할 수 있는 경제적 차익을 제시하려 한다. 이에 대한 객관성 확보를 위해 서울시 햇빛지도, RPS제도 및 장기간 실측 모니터링 자료를 연동한 복합적 관점의 경제성 분석을 제공하고자 한다.
제안 방법
녹화에 의한 태양광 발전효율 개선효과 실측모니터링을 위해 KD Power, eKEN820 원격접속 시스템을 기반으로 [Table 5]와 같이 녹화가 적용된 실험구와 비녹화 옥상공간의 대조구에 수평면일사량(W/m2, SP-110), 순시전력(kW) 등을 측정할 수 있는 센서 네트워크를 구축하였다.
동일한 태양광발전설비에 녹화가 적용된 실험구와 일반 옥 동일한 태양광발전설비에 녹화가 적용된 실험구와 일반 옥양광발전의 연간 월평균 전력개선효율을 도출하여 가중평균으로 정리하였다.
상기 REC, SMP 조건에 태양광발전 시공을 건축물을 이용하는 경우의 가중치 1.5를 적용하여 태양광 발전사업의 매출액을 다음과 같이 정리할 수 있으며, 본 연구의 월별 송전단가는 [Table 3]과 같이 산출하였다.
상기 실험구 및 대조구에 구축된 센서 네트워크를 통해 2015년 월별 일사량이 양호한 날을 중심으로 3일간 녹화에 따른 태양광 발전효율 개선효과를 도출하였다. 실측기간 동안 일사집중시간을 10시에서 14시로 설정하고 수평면 일사량과 인버터의 에러율과 손실율을 배제하기 위해 순시전력을 10분 단위로 계측하였다.
서울시 햇빛지도 중 가장 높은 경제성 확보가 가능한 1등급을 기준으로 옥상녹화 적용여부에 따른 월별전력개선효율을 고려하여 녹화로 인한 경제적 효과를 다음과 같이 분석하였다. 일반옥상 대비 옥상녹화로 인한 SP는 0.
서울시 햇빛지도의 6개 등급 월별 태양광에너지를 상기 태양광발전 모델, 재정분석조건에 적용하여 다음결과를 도출하였다. SP가 10년 미만인 경우는 9.
상기 실험구 및 대조구에 구축된 센서 네트워크를 통해 2015년 월별 일사량이 양호한 날을 중심으로 3일간 녹화에 따른 태양광 발전효율 개선효과를 도출하였다. 실측기간 동안 일사집중시간을 10시에서 14시로 설정하고 수평면 일사량과 인버터의 에러율과 손실율을 배제하기 위해 순시전력을 10분 단위로 계측하였다.
실험구는 [Figure 1]과 같이 펄라이트, 코코피트, 혼합유기물로 조성된 인공토양 100mm의 녹화유니트에 섬기린초, 금강애기기린초, 흰꽃세덤, 분홍세덤 등을 구축하고, 대조구는 우레탄 방수도막의 기존 옥상표면에 태양광발전설비를 조성하였다.
대상 데이터
단가산정은 국내 태양광시공 전문업체인 K사의 20kW 태양광설비의 원가계산서를 참조하였으며, 단가는 부가가치세를 포함하고 있다. 여기서 기술개발비, 연구비 등의 제품개발비용은 제외되고, 구체적인 내역은 [Table 7]과 같다.
2%로 설정하였다. 모의기간은 태양광모듈 평균수명에 준한 20년으로 한정하고, 2016년부터 시행되는 서울형 발전 차액 보조금 지원 인센티브를 5년 동안 제공하였다. 태양광설비 설치비용은 초기투자비용에 포함하고, 연간 정기, 비정기적으로 발생되는 유지관리 비용 등은 본 모의 과정에서는 제외되었다.
5가 적용된다. 본 연구의 REC 단가는 [Table 1]과 같이 한국전력거래소(KPX: Korea Power Exchange) 2016년 6월 기준 1년간의 요율이 반영되었다.
이론/모형
경제성 분석을 위한 재정모델은 본 연구의 태양광발전 모의에 사용된 RETScreen 모형에 사용되는 Brealey와 Myers (1991), Garrisonetal.(1990)등이 정의한 금융표준모델에 따라 초기투자비용이 발생되는 시점을 0년, 현금유동 시기는 연말, 경제활동에 따른 인플레이션은 1년부터 적용하였다.
서울시에 적용되는 태양광발전시스템의 경제성 분석을 위한 전산모의는 RETScreen 모형을 사용하였으며, 발전용량을 30kW로 설정하고 15.6% 효율의 Samsung 단결정 실리콘 모듈인 LPC250SM을 선정하였다. 태양광모듈의 경사각은 국내 중부지역 위도를 감안하여 30°로 하고, 태양추적모드는 고정형으로 선택하였다.
성능/효과
1) 서울시 햇빛지도의 6개 등급의 월별 평균수평일사량을 적용한 30kW급 태양광발전시스템에 대한 경제성 분석 결과, 투자가치 유무를 판단할 수 있는 NPV의 양수구간은 4등급까지였고, 5등급 미만은 음수구간에 해당하여 적정한 사업성을 확보할 수 없는 것으로 해석되었다.
2) 비녹화 대비 옥상녹화를 적용한 경우 전력개선효과가 실측 모니터링으로 확인되었고, 월별 평균 전력개선효율이 최대 7.2%, 최소 3.7%이었으며, 연간 평균 5.3%로 9월, 11월을 포함한 하절기에 상대적으로 높은 효율을 기록하였다.
3) 서울시 햇빛지도 1등급의 평균수평일사량을 기준으로 30kW급 태양광발전과 옥상녹화를 연계할 경우 기대할 수 있는 경제적 차익은 SP가 0.2년 개선된 7.4년이었으며, EP는 0.5년 개선된 8.3년으로 산출되었다.
3년으로 산출되었다. NPV는 옥상녹화 시나리오가 일반옥상에 비해 7,686,999원의 추가적 가치가 부가되었으며, 모두 양수구간을 기록하였다. 자세한 누적현금흐름 분포는 [Table 10]과 같다.
연계시스템의 경우 녹화로 인한 주변기온 조절효과가 결정질 태양전지 표면온도를 저감하여 최대 7%이상의 전력개선효율을 기대할 수 있었으나, 동절기 및 간절기에 상대적으로 낮은 개선효율로 인하여 직접적인 경제성 확보는 부족한 것으로 해석되었다.
최대, 최소 개선효율을 기록한 9월과 1월의 실험구와 대조구간 광환경의 차이는 최대 0%에서 최소 –3%로 대조구 일사량이 소폭 높은 유의한 실험 환경조성을 확인할 수 있었다.
후속연구
따라서, 경제성 관점의 기술적 최적화 방안을 제시하기 위해 연중 일사량이 가장 많은 하절기에 결정질 태양광모듈 표면 온도 조절을 녹화와 연동할 수 있는 BOS(Balance of System)의 전력개선효율 증진 방안과 분석에 대한 추가연구가 필요할 것으로 사료된다. 또한, 모니터링 및 분석의 추가적인 객관성 확보를 위해 지역과 기간 등의 제한된 실험환경 한계도 보완되어야 할 것이다.
따라서, 경제성 관점의 기술적 최적화 방안을 제시하기 위해 연중 일사량이 가장 많은 하절기에 결정질 태양광모듈 표면 온도 조절을 녹화와 연동할 수 있는 BOS(Balance of System)의 전력개선효율 증진 방안과 분석에 대한 추가연구가 필요할 것으로 사료된다. 또한, 모니터링 및 분석의 추가적인 객관성 확보를 위해 지역과 기간 등의 제한된 실험환경 한계도 보완되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
옥상녹화의 생태적 기능은 무엇인가?
반면, 옥상녹화의 생태적 기능인 온도 저감효과와 연계된 태양광발전 성능 연구는 공공건물 옥상녹화와 태양광발전 간의 효율 향상에 관한 상관성 연구(이응직, 2013), 옥상녹화의 기온저감효과가 PV모듈 발전량에 미치는 영향에 대한 연구(유동철 외 1, 2012), 옥상녹화와 연계된 태양광발전의 출력모니터링 기반 성능평가연구(김태한 외 1, 2015) 등이 보고되고 있다.
분산형 전력생산시스템의 대표적인 예는 무엇인가?
이와 같은 전력문제를 개선할 수 있는 다양한 해결방안 중에서 태양광발전은 대표적인 분산형 전력생산시스템으로 기존 건물에 대한 적용성과 안정성을 확보하여 신·재생에너지 확산정책에 활발히 도입되고 있다. 서울시의 경우 건물과 연계된 소규모 태양광발전설비인 햇빛발전소를 중심으로 한 “원전하나줄이기”를 통해 대체전력생산에 대한 대안을 제시하고 있다.
서울시가 추진하는 신·재생에너지 확산정책은 무엇인가?
이와 같은 전력문제를 개선할 수 있는 다양한 해결방안 중에서 태양광발전은 대표적인 분산형 전력생산시스템으로 기존 건물에 대한 적용성과 안정성을 확보하여 신·재생에너지 확산정책에 활발히 도입되고 있다. 서울시의 경우 건물과 연계된 소규모 태양광발전설비인 햇빛발전소를 중심으로 한 “원전하나줄이기”를 통해 대체전력생산에 대한 대안을 제시하고 있다. 여기에 2012년부터 정부의 일괄적인 발전차액지원제도(FIT: Feed in Tariff)가 신·재생에너지 의무할당을 주요 국내발전사업자가 담당하는 공급의무화(RPS: Renewable Energy Portfolio Standard)제도로 개편되면서 정책, 기술, 경제 측면의 포괄적인 이해에 요구되고 있다.
참고문헌 (12)
김태한, 박상연 "표면온도 알고리즘을 통한 옥상녹화통합형 태양광발전시스템의 출력 모니터링 연구" 한국생태환경건축학회 Vol. 15, No. 1, 2015.
양혜숙, 윤혜경 "건물 외장재로서의 PV 시스템의 경제성 및 보조금 정책분석" 대한건축학회 논문집-계획계 Vol.30, No. 4, 2014.
이지희, 조한보, 김태한 "스마트 가로등 시스템을 적용한 수익형 도시공원모델에 관한 연구" 한국조경학회지 Vol. 40, No. 4, 2012.
유동철, 이응직 "옥상녹화가 PV모듈 발전량에 미치는 영향 고찰" 한국태양에너지학회 Vol.32 No.2 2012
차다은, 김성열 "NPV 분석을 통한 대학 내 태양광 설비 연계의 경제성 분석" 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2014, No. 7, 2014.
황혜미, 소정훈, 유권종 "RPS와 연계한 태양광발전소의 운영 및 경제성 분석 방안" 대한전기학회 하계학술대회 논문집, Vol.2010. No.7 2010
C. Cristofari, P. Poggi, G. Notton and M. Muselli, Thermal modelling of a photovoltaic module, Proceedings of Sixth IASTED International Conference on "Modelling, Simulation and Optimization", Gaborone, Botswana, 2006,pp.273-278.
K. Nishioka, T. Hatayama, Y. Fuyukiand K. Kurokawa, Field-test analysis of PV system output characteristics focusing on module temperature, Solar Energy Materials and Solar Cells 75,2003, pp.665-671.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.