4.2 양면수광형 모듈의 태양광발전
양면 수광형 태양광발전 모듈에 각 알고리즘을 적용하여 TRNSYS 시뮬레이션을 수행하고 서울, 대전, 제주 세 지역에서의 운영법에 따른 월별 발전량
및 연간 누적 발전량을 각각 Table 4, Table 5, Table 6에 나타내었다.
Table 4. Monthly power generation of bifacial PV by Algorithms in Seoul [Unit : kW]
|
Mth
|
M
|
A1
|
A2
|
A3
|
A4
|
A5
|
A6
|
A7
|
A8
|
|
1
|
41.4
|
27.7
|
48.2
|
30.1
|
47.1
|
48.2
|
25.7
|
56.7
|
47.2
|
|
2
|
41.8
|
33.9
|
44.5
|
37.7
|
50.4
|
47.6
|
30.1
|
54.7
|
48.5
|
|
3
|
50.4
|
44.5
|
46.1
|
51.1
|
62.8
|
54.4
|
41.5
|
60.7
|
60.4
|
|
4
|
42.1
|
40.5
|
34.5
|
46.8
|
53.5
|
43.8
|
39.9
|
44.6
|
50.1
|
|
5
|
53.4
|
54.8
|
38.6
|
64.2
|
71.0
|
55.4
|
53.8
|
57.8
|
67.2
|
|
6
|
48.8
|
51.7
|
34.6
|
60.7
|
65.8
|
50.3
|
51.3
|
52.4
|
63.2
|
|
7
|
35.4
|
36.4
|
28.9
|
41.0
|
45.0
|
36.3
|
36.7
|
33.7
|
41.2
|
|
8
|
35.6
|
37.2
|
30.6
|
41.2
|
46.0
|
39.2
|
35.0
|
37.4
|
41.9
|
|
9
|
39.4
|
40.4
|
35.7
|
44.2
|
51.2
|
45.2
|
35.4
|
46.2
|
46.4
|
|
10
|
47.9
|
42.0
|
49.0
|
46.2
|
59.1
|
54.8
|
36.7
|
61.1
|
56.1
|
|
11
|
33.1
|
26.4
|
37.5
|
27.9
|
39.0
|
38.6
|
23.1
|
43.3
|
37.1
|
|
12
|
32.6
|
23.4
|
39.1
|
24.4
|
37.6
|
39.2
|
20.2
|
45.3
|
36.8
|
|
total
|
501
|
458
|
467
|
515
|
628
|
553
|
429
|
593
|
596
|
Table 5. Monthly power generation of bifacial PV by Algorithms in Daejeon [Unit :
kW]
|
Mth
|
M
|
A1
|
A2
|
A3
|
A4
|
A5
|
A6
|
A7
|
A8
|
|
1
|
44.1
|
34.1
|
51.4
|
36.4
|
52.3
|
52.7
|
27.7
|
63.0
|
51.4
|
|
2
|
38.5
|
31.9
|
40.6
|
35.7
|
46.8
|
43.9
|
27.9
|
50.8
|
45.6
|
|
3
|
48.9
|
44.0
|
44.4
|
51.0
|
62.0
|
53.1
|
40.9
|
59.1
|
58.9
|
|
4
|
57.7
|
56.2
|
43.7
|
66.7
|
76.1
|
60.5
|
53.8
|
66.9
|
73.4
|
|
5
|
53.0
|
54.8
|
37.1
|
64.9
|
71.2
|
54.3
|
53.9
|
58.1
|
68.6
|
|
6
|
48.8
|
52.7
|
35.5
|
61.4
|
66.4
|
50.8
|
51.9
|
52.4
|
63.2
|
|
7
|
40.0
|
41.1
|
32.0
|
46.3
|
50.9
|
40.1
|
41.3
|
38.3
|
46.2
|
|
8
|
41.1
|
43.9
|
33.7
|
49.0
|
54.3
|
44.9
|
40.9
|
44.6
|
49.7
|
|
9
|
50.8
|
49.2
|
43.4
|
56.3
|
65.5
|
55.4
|
45.3
|
60.1
|
62.0
|
|
10
|
49.7
|
44.4
|
50.0
|
49.1
|
61.6
|
56.4
|
38.6
|
63.5
|
58.3
|
|
11
|
40.0
|
31.9
|
44.8
|
34.3
|
47.5
|
46.5
|
27.5
|
53.6
|
46.1
|
|
12
|
41.5
|
30.6
|
49.5
|
32.0
|
48.3
|
49.8
|
25.4
|
59.1
|
47.6
|
|
total
|
554
|
514
|
506
|
583
|
702
|
608
|
475
|
669
|
671
|
Table 6. Monthly power generation of bifacial PV by Algorithms in Jeju [Unit : kW]
|
Mth
|
M
|
A1
|
A2
|
A3
|
A4
|
A5
|
A6
|
A7
|
A8
|
|
1
|
21.4
|
18.6
|
23.9
|
36.4
|
52.3
|
24.4
|
16.7
|
25.6
|
23.6
|
|
2
|
33.5
|
28.7
|
34.9
|
35.7
|
46.8
|
37.4
|
25.9
|
41.2
|
38.2
|
|
3
|
48.4
|
45.2
|
43.1
|
51.0
|
62.0
|
52.2
|
42.1
|
56.4
|
57.8
|
|
4
|
54.4
|
54.7
|
40.3
|
66.7
|
76.1
|
57.2
|
52.2
|
62.2
|
69.3
|
|
5
|
61.9
|
63.7
|
39.4
|
64.9
|
71.2
|
61.3
|
64.3
|
68.1
|
82.7
|
|
6
|
48.1
|
50.4
|
34.2
|
61.4
|
66.4
|
47.4
|
51.4
|
48.8
|
60.7
|
|
7
|
48.5
|
52.6
|
33.5
|
46.3
|
50.9
|
50.1
|
51.6
|
53.0
|
64.2
|
|
8
|
53.4
|
57.4
|
38.2
|
49.0
|
54.3
|
57.4
|
53.5
|
61.5
|
69.1
|
|
9
|
52.7
|
48.9
|
42.4
|
56.3
|
65.5
|
54.3
|
47.7
|
59.7
|
64.6
|
|
10
|
46.3
|
42.5
|
45.3
|
49.1
|
61.6
|
51.8
|
37.6
|
56.9
|
54.3
|
|
11
|
27.6
|
24.1
|
30.2
|
34.3
|
47.5
|
31.6
|
21.1
|
34.2
|
30.9
|
|
12
|
21.4
|
17.5
|
24.5
|
32.0
|
48.3
|
24.9
|
16.0
|
26.4
|
23.6
|
|
total
|
517
|
504
|
429
|
583
|
702
|
549
|
480
|
593
|
639
|
단면 모듈(Monofacial, M)의 발전량을 기준으로 양면 모듈의 각 알고리즘(Algorithm, A) 적용 시 발전량 개선율(bifacial
gain)을 산출하고 연간, 월별, 일간 발전 특성을 비교 분석하였다.
Fig. 2는 알고리즘에 따른 지역별 연간 발전량 개선율을 나타낸 것이다. 개선율을 비교했을 때, 알고리즘 4가 25∼35%로 위도가 낮아질수록 발전량 개선율이
증가하며, 8개의 운영법 중에 가장 좋은 효율을 보였다. 아래는 운영법에 따른 월별, 일간 특성에 대한 비교 분석 결과이다.
Fig. 2. Annual bifacial gain by region
4.2.1 알고리즘 1의 결과
양면 수광형 태양광발전의 알고리즘 1은 고정형으로 동, 서로부터 받는 태양 일사량을 최대화하기 위해 모듈을 90˚ 각도로 세워 설치하였다.
Fig. 3은 알고리즘 1 적용에 따른 양면 수광형 태양광 모듈의 일간 발전량을 보여준다. 발전량이 가장 많은 서울특별시의 5월 2일의 데이터 표본을 뽑았으며
단면 모듈보다 동, 서 태양 일사에 따른 발전량이 많고 남측 일사량이 증가하는 낮에 감소하는 경향을 보인다.
Fig. 3. Daily power generation on 2th, May by Algorithm 1 in Seoul
Fig. 4는 지역에 따른 월별 양면 수광형 태양광발전의 발전량 개선율을 나타내었다.
Fig. 4. Monthly bifacial gain by region for Algorithm 1
세 지역 모두 일조시간이 짧은 겨울철에는 단면 고정형 태양광발전 모듈보다 양면 수광형 태양광발전 모듈의 성능이 떨어지는 것을 볼 수 있다. 반면 일조시간이
긴 봄철과 여름철에는 동, 서로부터 받는 일사량이 증가하면서 단면 모듈보다 성능이 우수해지는 경향을 보인다. 서울특별시의 경우 양면 수광형 태양광발전
모듈의 1월에서 4월까지 단면 모듈 대비 발전량 개선율이 -33%~-3.8% 수준이며 5월부터 9월까지 2.5%~5.9%으로 더 높게 평가된다. 이후
다시 감소하여 -28%~-12% 수준이다. 대전광역시는 1월에서 4월까지 -23%~2.6% 수준이며 5월부터 8월까지 3.4%~8%로 평가된다. 이후
감소하여 -26.2%~-3.2% 수준이다. 제주도는 단면 모듈 대비 겨울철의 양면 수광형 태양광발전 모듈 성능 수준 차가 다른 두 지역에 비해 상대적으로
크지 않았다. 1월부터 3월까지 -13.1%~-6.6%, 4월부터 증가하여 0.6%∼8.5% 수준으로 나타났다. 9월부터 감소하여 -18.2%~-7.2%
수준이다.
알고리즘 1을 적용한 양면 수광형 태양광발전은 겨울철에 적용하기에 불리하고 일조시간이 긴 봄, 여름철에 유리하다며 위도가 낮은 지역일수록 발전량이
증가하나 월별 발전량 개선율이 마이너스로 나오는 달이 많아서 연간 발전량 개선율은 -8.6%~-2.5%로 나타났다.
4.2.2 알고리즘 2의 결과
양면 수광형 태양광발전의 알고리즘 2는 고정형으로 남, 북으로 수직 설치한 것으로 Fig. 5는 알고리즘 2 적용에 따른 양면 수광형 태양광 모듈의 일간 발전량을 보여준다. 알고리즘 1과 같이 서울특별시의 5월 2일의 데이터 표본을 뽑았으며
이때의 양면 전지의 전면 및 후면 발전이 잘 이루어지지 않아서 단면 대비 발전량이 적음을 알 수 있다.
Fig. 5. Daily power generation on 2th, May by Algorithm 2 in Seoul
Fig. 6은 지역에 따른 월별 양면 수광형 태양광발전의 발전량 개선율을 나타내었다.
Fig. 6. Monthly bifacial gain by region for Algorithm 2
알고리즘 1과 비교했을 때 반대의 경향을 보인다. 서울특별시의 경우 양면 수광형 태양광발전 모듈의 1월과 2월에 발전량 개선율이 6.5%~16.4%
수준이며 3월부터 9월까지 -29.1%~-8.5%로 평가된다. 이후 다시 증가하여 2.3%~20%로 나타났다. 대전광역시는 1월에서 2월까지 5.4%~16.6%
수준이며 3월부터 9월까지 -9%~-30%로 평가된다. 이후 0.6%~19.3% 수준이다. 제주도는 1월부터 2월까지 4.2%~11.7% 수준이었으며
3월부터 감소하여 -36.4%~-2.2% 수준으로 나타났다. 11월에는 9.4%, 12월에는 14.5% 수준이다. 알고리즘 2는 여름철에 적용하기에
불리하고 일조시간이 짧은 겨울철에 유리하다며 위도가 높은 지역일수록 발전량이 증가하나 월별 발전량 개선율이 마이너스로 나오는 달이 많아 연간 발전량
개선율은 -17%~-6.8%로 나타났다.
4.2.3 알고리즘 3의 결과
알고리즘 3은 제어형으로 동, 서의 일사량을 최대로 받고 모듈의 양축 제어를 통해 남측의 일사량이 많은 11시부터 15시까지 경사각 0˚를 유지한
채 남향을 바라보게 하였다. Fig. 7는 알고리즘 3 적용에 따른 양면 수광형 태양광 모듈의 일간 발전특성을 보여주는 그래프이다. 서울특별시의 5월 2일의 데이터 표본을 뽑았으며, 오전
오후에 양면 발전과 정오 시간 때의 전면 발전을 통해 단면 전지보다 발전량이 많았다.
Fig. 7. Daily power generation on 2th, May by Algorithm 3 in Seoul
Fig. 8은 지역에 따른 월별 양면 수광형 태양광발전의 발전량 개선율을 나타내었다.
Fig. 8. Monthly bifacial gain by region for Algorithm 3
서울특별시의 경우 양면 수광형 태양광발전 모듈의 단면 모듈 대비 발전량 개선율이 1월에 -27.3%, 2월에 -9.8% 수준이며 3월부터 9월까지는
1.4%~24.4%로 높게 평가된다. 이후 10월에 -3.6%, 11월 -15.7%, 12월에 -25.2%로 나타났다. 대전광역시의 경우 1월에 -17.5%,
2월에 -7.3% 수준이며 3월부터 9월까지는 4.2%~25.8%으로 증가하였다. 이후 10월에 -1.2%, 11월 -14.4%, 12월에 -22.9%
로 나타났다. 제주도의 경우 1월에 -8.4%. 2월에 -5.6% 수준이며 3월부터 10월까지는 2%~27.5%로 나타났고, 이후 11월에 -7.2%,
12월 -12.6%로 마이너스 효율을 보였다. 알고리즘 1과 비슷한 발전량 개선율을 보이며 양면 발전량이 단면대비 많은 달이 많아서 연간 발전량 개선율은
2.8%~12.8% 정도로 나타났다.
4.2.4 알고리즘 4의 결과
알고리즘 4는 제어형으로 동, 서의 일사량을 최대로 받고 모듈의 양축 제어를 통해 남측의 일사량이 많은 11시부터 15시까지 지역별 최적 각도를 유지한
채 남향을 바라보게 하였다. Fig. 9는 알고리즘 4 적용에 따른 양면 수광형 태양광 모듈의 일간 발전특성을 보여주는 그래프이다. 서울특별시의 5월 2일의 데이터 표본을 뽑았으며 오전,
오후의 전면, 후면 발전과 더불어 정오 부근에서의 전면, 후면 발전이 알고리즘 3에 비해 증가하였다.
Fig. 9. Daily power generation on 2th, May by Algorithm 4 in Seoul
Fig. 10은 지역에 따른 월별 양면 수광형 태양광발전의 발전량 개선율을 나타내었다.
Fig. 10. Monthly bifacial gain by region for Algorithm 4
알고리즘 1, 2, 3과는 달리 알고리즘 4 적용 시에 양면 수광형 태양광발전 모듈의 성능은 1월부터 12월까지 모두 우수한 결과를 나타냈다. 단면
모듈대비 발전량 개선율을 보면, 서울특별시의 경우 1월에 13.8% 정도였으며 성능 수준이 가장 높은 6월에는 약 34.8%로 나타났다. 대전광역시의
경우 12월에 가장 성능이 떨어졌지만, 16.4%였고 6월에는 최대 36%를 보였다. 서울특별시와 비교할 때 발전량 개선율이 더 좋은 것을 알 수
있다. 제주도의 경우 가장 성능이 좋게 나타났다. 1월과 12월에 약 18% , 5월, 7월, 8월에는 최대 37% 이상 높았다. 월별 발전량 개선율이
모두 높아서 연간 발전량 개선율은 25.4%~30.2%를 보였다.
4.2.5 알고리즘 5의 결과
알고리즘 5는 제어형으로 동, 서의 일사량을 최대로 받고 모듈의 양축제어를 통해 남측의 일사량이 많은 11시부터 15시까지 경사각 90˚를 유지한
채 남향을 바라보게 하였다. Fig. 11은 알고리즘 5 적용에 따른 적용에 따른 양면 수광형 태양광 모듈의 일간 발전특성을 보여주는 그래프이다. 서울특별시의 5월 2일의 데이터 표본을 뽑았으며
단면형보다 오전, 오후의 발전량이 많으나, 정오 시간 부근에서는 발전량이 적어 일일 누적 발전량은 동등 수준을 보였다.
Fig. 11. Daily power generation on 2th, May by Algorithm 5 in Seoul
Fig. 12는 지역에 따른 월별 양면 수광형 태양광발전의 발전량 개선율을 나타내었다. 단면모듈대비 발전량 개선율은 서울이 12월에 최대 20.25%, 7월 최소
2.54%를 보였고, 대전이 12월에 최대 20%, 7월에 최소 0.25%, 제주가 12월에 최대 16.13%, 6월에 최소 -1.52%로 나타났다.
5, 6, 7월의 발전량 개선율이 낮지만, 양면 모듈이 단면 모듈보다 발전량이 높은 달이 많아서 연간 누적 발전량 개선율은 6.38%~10.38%로
나타났으며, 위도가 높은 지역일수록 좋게 나타났다.
Fig. 12. Monthly bifacial gain by region for Algorithm 5
4.2.6 알고리즘 6의 결과
알고리즘 6은 추적형으로 태양의 움직임을 모듈이 따라 움직이는 제어를 적용하며 모듈의 경사각은 0˚를 유지한다. Fig. 13은 알고리즘 6 적용에 따른 양면 수광형 태양광 모듈의 서울특별시의 5월 2일의 표본 데이터 일간 발전특성을 보여주는 그래프이다.
Fig. 13. Hourly generation comparison on 2th, May by Algorithm 6 in Seoul
양면 모듈의 후면 발전이 이루어지지 않아서 일조량이 많은 5, 6, 7, 8월에도 단면형보다 발전량이 적었다. Fig. 14는 지역에 따른 월별 양면 수광형 태양광발전의 발전량 개선율을 나타내었다. 서울은 6월 최대 5.12%, 12월에 최소 -38.04%, 대전은 6월에
최대 6.35%, 12월에 최소 -38.8%, 제주는 6월에 최대 6.96%, 12월에 -25.42%의 단면대비 발전량 개선율을 보였다. 연간 누적
발전량 개선율을 보면 서울, 대전 지역에서는 가장 효율이 떨어지며, 제주 지역은 알고리즘 2다음으로 떨어지는 것으로 나타났다.
Fig. 14. Monthly bifacial gain by region for Algorithm 6
4.2.7 알고리즘 7의 결과
알고리즘 7은 추적형으로 태양의 움직임을 모듈이 따라 움직이는 제어를 적용하며 모듈의 경사각은 90˚를 유지한다. Fig. 15는 알고리즘 7 적용에 따른 양면 수광형 태양광 모듈의 서울특별시의 5월 2일의 표본 데이터 일간 발전특성을 보여주는 그래프이다.
Fig. 15. Hourly generation comparison on 2th, May by Algorithm 7 in Seoul
양면 모듈의 전면 발전량은 단면 모듈대비 적지만, 후면 발전으로 발전량은 동등한 수준을 보였다.
Fig. 16은 지역에 따른 월별 양면 수광형 태양광발전의 발전량 개선율을 나타내었다. 월별 단면대비 발전량 개선율의 경향은 알고리즘 2, 5와 비슷하여 서울의
경우 7월에 -4.8% 수준인 것을 제외하면 양면 수광형 태양광발전 모듈의 발전량 개선율은 대체로 우수했다. 12월에는 39%까지 높은 수준을 보였다.
대전광역시 역시 7월 -4.25% 수준임을 제외하고 전체적으로 높은 수준이었으며 1월에 약 43% 높은 수준이었다. 제주도의 두 지역과 비교해서 낮게
나왔다. 1, 2월에 약 20% 높은 수준이었으며 10월부터 12월까지 23% 이상 높은 수준이었다. 제주도는 서울특별시와 대전광역시보다 최대 성능수준은
낮았지만, 연간으로 비교할 때 단면 모듈 대비 성능 수준이 고르게 높았다는 점에서 차이가 두드러진다.
Fig. 16. Monthly bifacial gain by region for Algorithm 7
연간 누적 발전량 개선율을 보면 서울 18.36%, 대전 20.76%, 제주 14.7%로 8가지 운영 알고리즘 중에 세 번째로 좋은 특성을 보였다.
4.2.8 알고리즘 8의 결과
알고리즘 8은 추적형으로 태양의 움직임을 모듈이 따라 움직이는 제어를 적용하며 모듈은 지역별 최적 경사각을 유지한다. Fig. 17은 알고리즘 8적용에 따른 양면 수광형 태양광 모듈의 서울특별시의 5월 2일의 표본 데이터 일간 발전특성을 보여주는 그래프이다.
Fig. 17. Hourly generation comparison on 2th, May by Algorithm 8 in Seoul
양면 모듈은 전면 발전량이 많을 뿐만 아니라 후면 발전이 더해져서 총 발전량이 단면 모듈대비 증가했다. Fig. 18은 지역에 따른 월별 양면 수광형 태양광발전의 발전량 개선율을 나타내었다. 서울은 6월에 최대 29.51%으로 최대, 11월 최소 12.08%이다.
대전은 6월에 최대 29.51%, 12월에 최소 14.7%이며 제주는 7월에 최대 29.49%, 12월에 최소 10.08%로 나타났다. 연간 누적
발전량 개선율은 18.96%~23.6% 수준을 보였다.
Fig. 18. Monthly bifacial gain by region for Algorithm 8