Building Performance & Environmental Systems Lab.

논문 초록 (Abstract)

최근 양면형 태양광 시스템의 개발 및 적용이 확대되고 있으나, 현재 국내 건물에너지성능평가 툴을 활용한 정량적 분석에는 여전히 한계가 존재한다. 일반 단면형 모듈과 달리, 양면형 태양광 모듈은 전·후면 일사에 동시에 노출되며, 경사각과 방위각뿐 아니라 지면 반사율, 모듈 배열 형상, 이격 높이 등의 요소를 종합적으로 고려해야 발전성능을 합리적으로 평가할 수 있다. 따라서 초기 설계 단계에서 활용 가능한 체계적인 성능 기준을 마련하기 위한 연구가 요구된다. 이에 본 연구는 건물에너지성능평가 툴(ECO2)의 양면형 태양광 시스템 분석 기능과 해상도를 보완하기 위한 기초 데이터를 제공하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 한국 기후 조건에서 양면형 PV의 연간 발전량을 설치각과 방위에 대해 고해상도로 정량화하고, 지면 반사율과 배열 조건을 포함한 민감도 분석을 수행하였다. 특히 이러한 분석을 통해, 실제 설계자가 ECO2 평가 과정에서 반영하기 어려운 다양한 설치 조건과 배열 형상에 따른 발전량 효과를 간접적으로 고려할 수 있는 지역별 성능 기준을 제시하였다. pvlib과 2009–2023년 관측자료 기반 대표 기상연도 데이터인 TMYx를 활용하여 한국 16개 대표 도시의 연간 에너지 생산량을 시뮬레이션하였으며, 경사각 0°–90°와 방위각 0°–360°를 5° 간격으로 변화시키고 알베도 0.2와 0.8 조건을 비교하였다. 또한 다열 배열 조건에서 모듈 하단 이격 높이 0–3 m와 지면피복비를 변화시키는 민감도 분석을 수행하였다. 분석 결과, 알베도를 0.2에서 0.8로 증가시킬 때 모든 도시에서 연간 발전량이 증가했으며 평균 증가량은 368.33 kWh로 나타났다. 최적 설치 조건은 알베도에 따라 변화하여 알베도 0.2에서는 최적 경사각이 30°에 주로 분포한 반면 알베도 0.8에서는 25°로 이동하는 경향을 보였고, 최적 방위각은 남향 부근에 집중되면서 약 165°에서 170°–175° 범위로 소폭 이동하였다. 배열 형상 측면에서는 기준 다열 구성에서 이격 높이 증가에 따른 발전량 이득이 약 1 m 이후부터 미미하였으며, 지면피복비 증가는 전면 및 후면 배열면 일사량을 일관되게 감소시켰다. 또한 지면피복비에 대한 민감도는 동절기에는 전면, 하절기에는 후면에서 상대적으로 지배적으로 나타났다. 이러한 결과는 ECO2 기반 평가에서 충분히 반영되기 어려운 연속적 설치각·방위 영향과 배열 형상 민감도를 정량적으로 제시하여, 한국 기후 및 도시 조건을 반영한 양면형 PV의 설치 조건 선정에 활용 가능한 참고 기준을 제공한다.