산업혁명 전 세계적인 에너지 소비량 급증과 이로 인한 온실가스 배출은 지구 평균 온도의 지속적인 상승을 초래하였다. 이러한 지구 온난화는 전 세계에 가뭄과 홍수, 폭염, 생태계 파괴 등과 같은 환경문제를 일으키며 인류 생존을 위협하는 수준에 이르고 있다. 특히 국내 평균기온은 1912년부터 2008까지 100여 년간 약 1.7℃ 상승하여 지난 100년간(1906∼2005) 전 세계 평균기온 상승온도인 0.74℃를 크게 상회하는 것으로 나타나 지구온난화에 따른 환경문제가 더 크게 발생할 것으로 예상된다. 이 같은 문제를 해결하기위한 방법의 일환으로 정부는 국가에너지기본계획을 통해 2030년까지 국내에서 소비되는 총 에너지 소비량의 11%를 신재생에너지로 공급할 것을 목표로 삼으며, 건물부문에서는 그린홈 100만호보급사업, 세제지원, 융자지원, 설치의무화사업, 설비인증제도 등을 통해 건축물을 대상으로 신재생에너지시스템 적용을 적극 장려하고 있다. 그러나 신재생에너지시스템은 지역 및 기상조건 등의 환경적 영향에 따라 에너지 생산의 변동성이 크며, 시스템 종류에 따라 간헐적 또는 연속적인 생산 특성을 갖기에 각 신재생에너지시스템의 기상조건에 따른 에너지생산 특성을 분석할 필요가 있다.
이미 국내에서는 2000년대 초반부터 태양광발전시스템에 관한 연구들이 다수 진행되어왔으나, 단순히 기상상태에 따른 에너지 생산량과 효율 등의 연구가 많은 것으로 나타났으며, 또한 대다수 연구가 상용 시뮬레이션을 이용한 시스템 에너지 성능 및 적용 가능성을 예측한 것으로, 다변하는 기상조건 및 지역적 특성에 따라 큰 차이를 보이는 태양광발전시스템 에너지생산량 및 효율 등의 운전 특성 분석을 위해서는 실제 구축된 태양광발전시스템을 대상으로 한 실증평가가 필요하고 태양광발전시스템에 가장 큰 영향을 미치는 기상상태의 세부 분석이 필요하다고 판단되었다.
이에 본 연구에서는 실제 운영중인 건물을 대상으로 태양광발전시스템, 기상스테이션 및 모니터링시스템을 구축하고, 모니터링을 실시하여, 수집된 실측 데이터 기반의 실증평가를 수행하였다. 이를 통해, 태양광발전시스템의 에너지 생산특성에 영향 요인들을 파악하고, 그 결과를 바탕으로 태양광발전시스템의 기상상태에 따른 에너지 생산량을 확인하고자 한다.

본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) 약 1년간의 태양광발전시스템 모니터링을 실시한 결과, 2013년 6월부터 2014년 5월까지 대상건물에 구축된 태양광 발전시스템의 총 전력 생산량은 3768 kWh로 월평균 약 314 kWh의 전력을 생산하고 있는 것으로 나타났다

(2) 측정 기간 중 일사량이 가장 높았던 달은 2014년 5월로 약 3,933.6kWh로 나타났으며, 가장 낮은 달은 2013년 7월 약 1,942.4kWh로 나타났다. 이에 태양광발전시스템 전력생산량 또한 5월 478.8kWh(일 평균 : 약 16kWh)로 나타났으며, 7월은 221.6kWh(일 평균 : 약 7.4kWh)로 나타나 일사량과 생산량 모두 2배 가까운 차이를 보이는 것으로 나타났다.

(3) 1년간의 시간데이터를 통해 일사량에 따른 생산량과 효율을 온도구간에 따른 분석을 실시하였다. 온도구간은 -10℃ ~40℃으로 설정하였으며, 5℃구간으로 총 10개의 온도구간에 따른 일사량과 생산량, 효율의 상관관계를 분석하였다. 모든 온도구간에서 일사량의 증가에 따라 생산량이 증가하는 것으로 나타났으며, 온도가 0℃ 이하인 구간에서는 불규칙한 현상이 나타났다. PV 효율 분석결과 온도구간이 높아질수록 PV 효율은 점차 감소하는 것으로 나타났으며, 시스템 효율도 동일한 것으로 나타났다. 인버터 효율의 경우 일사량이 50Wh/m2 이하에서는 데이터가 불규칙하게 나타났으며, 50Wh/m2 이후부터는 90~100%의 구간에서 인버터 효율이 나타나는 것을 볼 수 있다.
(4) 외기온도에 따른 생산량과 효율을 일사구간에 따른 분석을 실시하였다. 일사구간은 0~1000Wh/m2으로 설정하였으며, 100Wh/m2 구간으로 총 10개의 일사구간에 따른 일사량과 생산량과 효율의 상관관계를 분석하였다. 일사구간이 증가함에 따라 에너지 생산량 또한 증가하는 것으로 나타났으며, 일사량이 낮은 구간에서는 PV 효율이 0~20% 사이에서 불규칙하게 나타났으며, 외기온도가 증가할수록 PV 효율은 점차 낮아지는 것으로 나타났다. 시스템 효율은 PV 효율과 유사한 것으로 나타났으며, 인버터 효율의 경우 0~200Wh/m2 의 일사량이 낮은 구간에서 불규칙하게 나타났으며, 외기온도가 증가할수록 인버터 효율은 점차 증가하는 것으로 나타났다.

(5) 기상상태 뿐만 아니라 태양광발전시스템의 에너지 생산에 영향을 미치는 모듈온도에 따른 생산량과 효율을 일사구간과 외기온도 구간을 통해 분석을 실시하였다. 일사구간은 0~1000Wh/m2으로 설정하였으며, 100Wh/m2 구간으로 총 10개의 일사구간에 따른 일사량과 생산량, 효율의 상관관계를 분석하였으며, 온도구간은 -10℃ ~40℃으로 설정하였으며, 5℃구간으로 총 10개의 온도구간에 따른 일사량과 생산량, 효율의 상관관계를 분석하였다.

주제어: 태양광발전시스템, 시범건물 구축, 모니터링, 실증평가