정격 출력 및 표준 테스트 조건 (STC)
PV 모듈의 성능은 일반적으로 표준 테스트 조건 (STC) 에 따라 측정되며, 이는 IEC 60904-1 표준을 따릅니다 :
- 태양 복사량 1000 W/m² (최적의 일사량)
- 모듈 온도 25°C
- 표준화된 광 스펙트럼 (IEC 60904-3)
양면(Bifacial) 모듈은 전·후면에서 빛을 흡수할 수 있으며, 지면 반사(Albedo) 를 활용해 발전량을 증가시킬 수 있습니다. PVGIS.COM은 아직 이러한 모듈을 모델링하지
않지만, BNPI (Bifacial Nameplate Irradiance) 방법을 사용할 수 있습니다:
P_BNPI = P_STC * (1 + φ * 0.135), 여기서 φ는 양면 발전 계수입니다.
양면 PV 모듈의 한계점:
- 건물 일체형 PV 시스템(BIPV)에는 적합하지 않음, 모듈 뒷면이 차단될 가능성이 높음.
- 설치 방향에 따라 성능이 다름 (예: 남북 방향 축에서 동서 방향으로 배치된 패널).
PV 모듈의 실제 출력 전력 추정
실제 운영 조건은 STC와 다르며, 이는 출력 전력에 직접적인 영향을 줍니다. PVGIS.COM은 계산 정확도를 높이기 위해 여러 보정을 수행합니다.
1. 반사율 및 입사각 영향
태양광이 PV 모듈에 닿으면 일부가 반사되며, 이는 전기로 변환되지 않습니다. 입사각이 커질수록 반사 손실이 증가합니다.
발전량에 미치는 영향: 평균적으로 **2-4%**의 손실이 발생하며, 태양 추적 시스템이 있는 경우 손실이 적음.
2. 태양광 스펙트럼이 PV 효율에 미치는 영향
PV 모듈은 특정 광 파장에 민감하며, 이는 PV 기술에 따라 다릅니다:
• 결정질 실리콘 (c-Si) → 가시광선 및 적외선에 반응
• CdTe, CIGS, a-Si → 각각 다른 스펙트럼 반응, 적외선 흡수율이 낮음
스펙트럼 변화에 영향을 주는 요인:
• 아침 및 저녁 햇빛은 적색광 비율이 높음.
• 구름이 많은 날에는 청색광 비율이 증가.
• 스펙트럼 변화는 PV 발전량에 직접적인 영향을 줌.
PVGIS.COM은 위성 데이터를 사용하여 이러한 변화를 조정하고 계산 정확도를 향상시킵니다.
태양 복사량 및 온도가 PV 출력 전력에 미치는 영향
온도와 효율성
PV 모듈의 효율은 온도가 상승할수록 감소하며, 이는
PV 기술에 따라 다릅니다:
• 고방사량(>1000 W/m²)에서 모듈 온도가 상승 → 효율 저하
• 저방사량(<400 W/m²)에서 효율성은 셀 유형에 따라 다름
PVGIS.COM의 모델링
PVGIS.COM은 방사량(G) 및 모듈 온도(Tm) 에 따라 PV 출력을 조정하며, 수학적 모델 (Huld et al., 2011) 을 사용합니다:
P = (G/1000) * A * eff(G, Tm)
PV 모듈 온도 모델링
- 모듈 온도 (Tm)에 영향을 미치는 요인:
- 주변 기온 (Ta)
- 태양 복사량 (G)
- 환기 및 냉각 효과 (W) – 바람이 모듈을 냉각시킬 수 있음
-
PVGIS 온도 모델 (Faiman, 2008):
Tm = Ta + G / (U0 + U1W)
U0 と U1 の係数は、設置のタイプによって異なります
| PV 기술 | 설치 유형 | U0 (w/° C-M²) | U1 (WS/° C-M³) |
|---|---|---|---|
| c-Si | 독립형 | 26.9 | 26.9 |
| c-Si | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
| CIGS | 독립형 | 22.64 | 22.64 |
| CIGS | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
| CdTe | 독립형 | 23.37 | 23.37 |
| CdTe | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
시스템 손실 및 PV 모듈 노후화
이전의 모든 계산은 모듈 수준에서 전력을 제공하지만 다른 손실을 고려해야합니다.
- 전환 손실 (인버터)
- 배선 손실
- 모듈 간의 전력 차이
- PV 패널의 노화
Jordan & Kurtz (2013) 연구에 따르면, PV 모듈은 매년 0.5%의 출력 손실을 경험합니다. 20년 후, 출력이 최초 용량의 90%로 감소합니다.
• PVGIS.COM은 첫해에 시스템 손실을 3%로 설정하고, 이후 매년 0.5%의 손실을 반영할 것을 권장합니다.
PVGIS.COM에서 고려되지 않은 추가 요인
일부 요인은 PV 발전량에 영향을 미치지만, PVGIS.COM 계산에 포함되지 않았습니다:
눈으로 덮인 모듈 → 발전량이 크게 감소함. 강설 빈도 및 지속 시간에 따라 달라짐.
먼지 및 오염 물질 축적 → PV 출력 감소, 청소 및 강우량에 따라 다름.
부분적인 음영 → 발전량을 상당히 감소시킬 수 있으며, PV 시스템 설계 시 고려해야 함.
결론
고급 PV 모델링 및 위성 데이터를 활용하여, PVGIS.COM은 PV 모듈의 출력 전력을 정확하게 계산하며, 환경적 및 기술적 요인을 고려하여 태양광 발전을 최적화합니다.
PVGIS.COM을 사용할 이유
태양 복사량 및 PV 모듈 온도에 대한 정밀 모델링
기후 및 스펙트럼 데이터를 기반으로 한 보정 기능
시스템 손실 및 모듈 노후화에 대한 신뢰할 수 있는 예측
각 위치에 따른 태양광 발전 최적화