일반적으로 태양광시스템 이라 하면 태양광에너지를 전기에너지로 변환하는 장치를 말하는데요, 변환된 전기를 사용하기 위해서 전력계통을 통하여 송전할 수도 있고, 저장을 했다가 자체적으로 사용할 수도 있습니다. 해서 태양광 시스템은 이 두가지를 모두 포함하는 개념으로 이해하는 것이 합리적이라고 할 수 있겠습니다. 그럼 오늘의 본론, 태양광설치 방법에 따른 태양광 시스템의 분류에 대해서 얘기해보겠습니다.
태양광 시스템을 크게 나누면 고정식과 추적식이 있는데요, 고정식에는 완전 고정식과 월별로 경사각 정도는 변경할 수 있는 고정가변형이 있습니다. 추적식에는 축의 수와 축의 회전방향에 따라 여러가지가 있어요.
1. 고정시스템
(1) 고정식 시스템(Fixed System)
고정식 시스템은 태양광 시스템 중에서 가장 많이 설치하는 시스템 입니다. 어레이를 움직이지 않아도 되기 때문에 지지 형태가 가장 안정된 구조이며, 견고하기 때문에 고장이 나지 않는다는 장점이 있습니다. 도서 지역같이 풍속이 강한 곳에는 고정식을 설치하는 것이 바람직한데요, 고정식 시스템은 설치비용이 저렴하나 발전량이 가장 낮은 단점이 있습니다.
고정식에서 가장 중요한 것은 태앵전지의 설치 방향과 경사각인데요, 어레이를 움직일 수 없기에 1년간 총 일사량을 가장 많이 받은 경사각으로 설치하여야 합니다. 동쪽 서쪽에 산이 없을 경우, 태양전지가 정남향이 되게 설치하는 것이 바람직한데요, 허나 동쪽이나 서쪽 중 한 쪽에 산이 있어서 일출이 늦거나 일몰이 빠를 경우 어레이의 방위각을 약간 조정하면 미세하지만 발전량을 증가시킬 수 있습니다. 우리나라에서 정 남향으로 설치할 때 최적 경사각은 30도 내외인데요, 부록에 수록된 각 지역별 경사면 일사량을 참고하면, 그 지역에서 고정식 시스템의 최적 경사각을 알 수 있습니다. 대형 태양각을 설치할 경우, 고정식에서 검토해야 할 사항은 어레이끼리의 간격인데요, 이 간격이 좁은 경우의 동절기는 앞 어레이의 그림자가 뒤 어레이에 지기 때문에 발전량이 급격히 낮아지게 됩니다. 어레이 간격이 작으면 좁은 면적에 많은 양의 어레이를 설치할 수 있지만, 그만큼 발전 효율이 낮아지는 것을 피할 수 없습니다.
(2) 고정가변형 (Angle Adjustable System)
고정가변형은 고정식과 같이 어레이의 방향은 남쪽으로 설치하고, 경사각은 매월 혹은 계절별 조절할 수 있도록 하는 시스템입니다. 여름철에는 태양의 고도가 높으므로 어레이의 경사각을 작게 하고, 태양의 고도가 낮은 겨울에는 경사각을 크게 하여 태양광선을 받는 각도를 줄임으로써 발전량을 증가시키는 것 입니다. 설치비용은 고정식과 동일한 수준이며, 한 달에 한번 혹은 계절별 한 번, 경사각을 조절하면 비용에 비하여 발전량 증가가 크기 때문에 역시 선호하고 있는 시스템입니다. 고정식과 비교할 때 발전량 증가가 그다지 크지는 않아서 우리나라에서는 매월 경사각을 조절할 경우 연간 발전량이 5%정도 증가하게 됩니다.
고정가변형에서 검토해야 할 사항은 남북 방향의 설치 간격과 경사각을 조절하는 시점입니다. 동절기에는 어레이의 경사각이 크고, 태양고도는 낮기 때문에 그림자를 피하기 위해 고정식보다 설치간격이 커야 하는데요, 중요한 것은 경사각을 조절하는 시기인데, 설치하는 지역의 월별 경사면 일사량 조사가 선행되어야 합니다.
2. 추적식 시스템
이번에 설명해드릴 부분은 추적식 시스템 입니다. 추적식 시스템은 회전축의 수와 축의 회전 방향에 따라 여러 가지가 있는데요, 추적식 시스템은 태양광 발전의 초창기에는 태양전지 가격이 높기에 적은 투자비용으로 최대 이익을 거두기 위해 유행했던 시스템입니다.
추적식 시스템에는 양축 추적식 시스템, 경사 단축 추적식 시스템, 수평 추적식 시스템이 있어요.
(1) 양축 추적식 시스템(Dual Axes Tracking System)
양축 추적식 시스템에는 회전축이 2개가 있습니다. 한 추은 태양의 고도각을 추적하고, 다른 축은 방위각을 추적하는데요. 해서 태양전지가 항상 직사광선과 수직이 되게 함으로써 발전량이 최대가 되도록 하는 것 입니다. 설비비용이 가장 높고, 동서 및 남북 방향의 설치 간격이 가장 크기 때문에 부지의 단위 면적당 설치할 수 있는 양이 가장 작다는 단점이 있으나, 설치량에 비해 발전량이 최대가 되기에 처음 태양광 시스템을 검토할 때 가장 채택하고 싶어 하는 시스템 이기도 합니다. 양축 추적 시스템은 맑은 날이 많은 대륙의 내륙 지방, 사막 지역 및 고위도 지역에서 채택하면 고정식에 비하여 발전량을 많이늘릴 수 있고, 우리나라의 경우 고정식에 비해 연간 발전량이 25% 정도 증가합니다.
(2) 경사 단축 추적식 시스템(Tilted Single Axis Tracking System)
양축 추적식 시스템을 제외한 다른 추적식 시스템은 모두 회전축이 1개만 있습니다. 경사 단축 추적식 시스템은 회전축을 경사가 지게 하여 동서로 회전할 수 있게 만든 것 인데요, 회전축이 경사가 지므로 어레이가 태양의 방위각만 추적하더라도 고도각도 어느 정도 추적이 되기 때문에 양축 추적식에 비하여 효율이 크게 떨어지지 않습니다. 우리나라의 몇 지역에 대한 발전량 시뮬레이션 결과 양축 추적식 시스템에서 검토해야 할 사항은 회전축의 경사각 인데요, 일반적으로 회전축의 경사는 그 지역의 위도와 같을 때 태양과 전지가 이루는 각이 최소가 됩니다. 따라서 이 때 직사광선에 의한 발전량이 최대가 되는데요, 허나 산란광선에 의한 발전량까지를 고려할 때 위도 보다 약간 낮은 것이 바람직 합니다.
(3) 방위 추적식 시스템 (Azimuth Tracking System)
방위 추적식 시스템은 어레이를 고정식과 같이 일정한 경사각이 지게 설치하고, 어레이 자체가 동서로 회전하여 태양과 방위각을 추적하는 시스템입니다. 시스템의 효율은 양축 추적식의 95%정도를 낼 수 있는데요, 방위 추적식의 관건은 어레이의 경사각을 몇 도로 할 때 최대 발전량을 내는가 입니다. 시뮬레이션 결과로는 경사각이 46도일때 최대의 발전량이 나오게 됩니다.
(4) 수평 추적식 시스템(Horizontal Tracking System)
수평 추적식 시스템은 경사 단축 추적식 시스템에서 회전축의 경사각이 수평인 것 입니다. 수평 추적식 시스템은 추적식 시스템이라 해도 고정식에 비해 발전량의 증가가 크지 않은데요, 그것은 겨울철 한 낮에는 태양의 고도각은 낮은데 어레이는 하늘을 향하므로 직사광선의 입사각이 크기 때문입니다. 일반적으로 수평 추적식 시스템은 고정식과 양축 추적식 시스템 중간 정도의 발전량을 기대할 수 있는데요, 수평 추적식 시스템에서 검토해야 할 사항은 동서간의 설치 간격입니다. 그것은 낮에는 태양전지가 수평이 되므로 남북 방향으로는 그림자가 생기지 않으며, 아침과 저녁에 동서 방향의 그림자가 옆 어레이에 비치기 때문 입니다.
오늘은 태양광설치 방법에 따른 태양광 시스템의 분류에 대해 알아봤습니다. 신재생에너지발전설비 자격증을 공부하고 계신 분들께 작게나마 도움이 되었으면 좋겠구요, 아울러 태양광에 대해 관심가지고 계신 분들께도 좋은 정보가 될 수 있었으면 좋겠습니다. 건양전력에서는 태양광설치, 발전사업, 수익 등 여러가지 문의사항에 답해드리고 있습니다. 문의를 가지고 계신분은 주저없이 아래 경로를 통해 연락주시면 해결이 깔끔하게 풀리실 수 있도록 답변해드리도록 하겠습니다.
