[논문]주거용 건물 태양광발전시스템의 설치유형에 따른 발전성능 평가

김덕성; 김법전; 신우철

doi:10.7836/kses.2017.37.2.035

주거용 건물 태양광발전시스템의 설치유형에 따른 발전성능 평가
Evaluation of Electricity Generation According to Installation Type of Photovoltaic System in Residential Buildings 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.37 no.2, 2017년, pp.35 - 45

김덕성 (쏠라테크(주)) , 김법전 (한국토지주택공사) , 신우철 (대전대학교 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The types of installation of the photovoltaic system applied to domestic residential buildings are classified as follows: Mounted modules with air circulation, semi-integrated modules with air duct behind, integrated modules with fully insulated back. In order to study generation characteristics of PV system, we verified the validity of interpretation program based on long-term measurement data of demonstration house installed in BAPV form and also analyzed the generation characteristics and performance of each installation type. The results are as follows. First, the RMSE of amount of generation and simulation according to annual daily insolation of demonstration system located in Daejeon was 0.98kWh and the range of relative error of monthly power generation was -5.8 to 3.1. Second, the average annual PR of mounted modules was 82%, semi-integrated modules 76.1% and integrated modules 71.9%. This differences were attributed to temperature loss. Third, the range of operating temperature of annual hourly photovoltaic modules was -6.5 to $61.0^{\circ}C$ for mounted modules, $-6.0{\sim}73.9^{\circ}C$ for semi-integrated modules and -5.5 to $88.9^{\circ}C$ for integrated modules. The temperature loss of each installation type was -14.0 to 16.1%, -13.8 to 21.9%, and -13.6 to 28.5%, respectively.

주제어

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문제 정의

본 연구에서는 국내기후 여건에서 주거용 태양광발전시스템의 3가지 설치유형에 따른 발전성능을 평가하였다. 이를 위해 BAPV 형태로 설치된 실증주택의 장기 실측자료를 기반으로 해석 프로그램, PVsyst의 타당성을 검증하고, 이를 통해 설치유형별 발전특성과 성능을 분석하였다.
그러나 이와 같은 다양한 설치방법에도 불구하고, 국내 기후여건에서 주거용 태양광발전시스템의 발전특성에 관한 분석 및 설계자료는 매우 한정된 실정이다. 이에 본 연구에서는 BAPV 형태로 설치된 실증주택의 장기 실측자료를 기반으로 해석 프로그램의 타당성을 검증하고, 이를 통해 국내 주거용 태양광발전시스템의 설치유형에 따른 발전특성을 고찰하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 국내기후 여건에서 주거용 태양광발전시스템의 3가지 설치유형에 따른 발전성능을 평가하였다. 이를 위해 BAPV 형태로 설치된 실증주택의 장기 실측자료를 기반으로 해석 프로그램, PVsyst의 타당성을 검증하고, 이를 통해 설치유형별 발전특성과 성능을 분석하였다. 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.

대상 데이터

실증주택의 태양광발전시스템은 지붕 아스팔트싱글(Asphalt Shingle) 마감재 위에 가대를 고정한 후, 태양광모듈을 배치한 통기형으로 설치되었다. 건물의 방위는 정남향이며, 지붕의 경사각은 30도 이다.
데이터 수집을 위한 기본 측정시간은 1분 단위로 하였다. 본 연구를 위한 분석기간은 2014년 1월 1일부터 2014년 12월 31일까지 1년을 설정하였다
다양한 시스템의 시간별 해석이 가능하며, 전 세계적으로 연구 및 실무용 프로그램으로 사용되고 있다⁸⁾. 본 연구에서는 2014년 대전 기상청 시간별 기상자료(온도, 노점온도, 일사량, 풍속, 습도 등)를 EPW 파일로 변환하여 분석에 활용하였다.
본 연구에서는 태양광발전시스템의 성능분석을 위해 PVsyst를 사용하였다. PVsyst는 스위스 제네바 대학교에서 개발된 태양광발전해석 소프트웨어로서 광범위한 기상자료와 PV 구성요소의 데이터베이스를 제공하고 있다.

성능/효과

(1) 대전에 위치한 실증시스템의 연간 일별 일사량에 따른 실측 발전량과 시뮬레이션 RMSE는 0.98kWh가 되었으며, 월별 발전량의 상대오차는 –5.8~3.1로 나타났다.
(2) 실증시스템과 동일한 조건에서 노출형과 통기형, 밀폐형에 따른 태양광발전시스템의 연평균 PR은 각각 82%와 76.1%, 71.9로 점차 감소하였으며, 이와 같은 결과의 주요원인은 온도손실에 기인하는 것으로 파악되었다.
(3) 연간 시간별 태양광모듈의 작동온도 범위는 설치유형에 따라 큰 차이를 나타냈다. 노출형, 통기형, 밀폐형의 순으로 작동온도범위가 증가하였으며, 이에 따른 온도손실은 각각–14.
온도손실을 제외한 나머지 손실요소들은 변화가 없는 것을 알 수 있다. 온도손실은 노출형(Case 1), 통기형(Case 2), 밀폐형(Case 3) 순으로 증가하였으며, 밀폐형의 경우 13%로서 노출형의 4.9%에 비해 2.5배 이상 높게 나타났다. 통기형의 연 평균 PR, 76.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	노출형으로 설치된 태양광발전시스템의 단점은?	이 방식은 태양광모듈을 기존 주택의 향과 경사각을 고려하여 설치하는데 적합하다. 그러나 지붕이나 옥상 위에 구조물을 이용하여 그 상부에 모듈을 설치하기 때문에 기존 주택형태와 부조화가 문제점으로 지적되고 있으며, 풍압에 따른 구조물의 보강이 필요하다. Fig.
	태양광발전시스템의 설치유형은 어떻게 구분되는가?	전술한 바와 같이 주거용 건물에 적용되는 태양광발전시스템의 설치유형은 노출형과 통기형, 밀폐형 등 3가지로 구분할 수 있다. Fig.
	주거용 태양광발전시스템의 3가지 설치유형에 따른 발전성능은 어떻게 분석하였는가?	본 연구에서는 국내기후 여건에서 주거용 태양광발전시스템의 3가지 설치유형에 따른 발전성능을 평가하였다. 이를 위해 BAPV 형태로 설치된 실증주택의 장기 실측자료를 기반으로 해석 프로그램, PVsyst의 타당성을 검증하고, 이를 통해 설치유형별 발전특성과 성능을 분석하였다. 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.

참고문헌 (8)

Verbernel, G., Bonomo, P., Frontini, F., van den Donker, M. N., Chatzipanagi, A., Sinapis, K., and Folkerts, W., BIPV PRODUCTS FOR FACADES AND ROOFS: A MARKET ANALYSIS, 29th EU-PVSEC in Amsterdam, The Netherlands, session 6DO.7, Thursday 25th, 2014.
Yoon, J., The State of the Art in BIPV Technology, Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers, Vol. 27, No. 11, pp. 1-7, 2014.

원문보기 상세보기
http://www.knrec.or.kr/knrec/index.asp
Yoon, J. H. and Kim, J. U., Experimental Study on the Thermal Effect of BIPV Modules Depending on the Ventilation Type of PV Module Backside, Journal of the Korean Solar Energy Society, Vol. 26, No. 1, pp. 81-89, 2006.
Kim, K. S., Kang, G. H., Yu, G. J., and Yoon, S. G., Roof-attached Crystalline Silicon Photovoltaic Module's Thermal Characteristics, Journal of the Korean Solar Energy Society, Vol. 32, No. 3, pp. 11-18, 2012.
Oh, B. C., A Study on the Economic Feasibility of Building-Integrated Photovoltaics System Installed on the Roof of Residential Building -Focused on Comparison with Construction Cost of BAPV System Depend on Roof Finishing Materials-, Journal of Korea Institute of Ecological Architecture and Environment, in press.
http://www.solarcentury.com
PVsyst, User's Guide, PVsyst Contextual Help, PVsyst SA 1994-2012.

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