주변 기상ㆍ환경 검토 - 위도, 경도, 방위, 고도각

 

 

신재생에너지 발전설비 기사

태양광 발전에서 위도, 경도, 방위, 고도각의 역할

태양광 발전 시스템의 효율을 최적화하려면 위도, 경도, 방위각, 고도각 등을 고려해야 합니다. 각각의 개념과 태양광 발전과의 관계를 살펴보겠습니다.

1. 위도(Latitude) & 경도(Longitude)

① 위도 (Latitude)

• 지구상에서 적도를 기준으로 남북 위치를 나타내는 좌표.
• 단위: 도(°)
• 북반구(0°~90°N) / 남반구(0°~90°S)
• 태양광 패널의 최적 경사각을 결정하는 중요한 요소.
• 위도가 높을수록(극지방에 가까울수록) 태양고도가 낮고, 태양광 발전 효율이 감소.

🔹 태양광 발전과 위도의 관계

• 적도(0°) 근처: 태양이 거의 수직으로 내리쬐므로 패널 각도가 거의 필요 없음.
• 중위도(30°~50°): 패널의 경사각을 조정해야 최적의 일사량 확보 가능.
• 고위도(50° 이상): 태양이 낮게 떠서 발전량이 적고, 겨울철 발전량이 크게 감소.

② 경도 (Longitude)

• 지구상에서 본초 자오선(영국 그리니치 천문대)을 기준으로 동서 방향을 나타내는 좌표.
• 단위: 도(°)
• 동경(0°~180°E) / 서경(0°~180°W)

🔹 태양광 발전과 경도의 관계

• 경도 자체는 태양광 발전량에 직접적인 영향을 주지 않음.
• 하지만 경도에 따라 태양의 정오 시간(태양이 가장 높이 떠 있는 시간)이 달라짐.
• 태양광 추적 시스템이 있는 경우, 경도를 고려한 추적 시스템 세팅이 필요.

2. 방위각(Azimuth Angle)

① 개념

• 태양광 패널이 바라보는 수평면상의 방향을 나타냄.
• 남(북)을 기준으로 동쪽 또는 서쪽으로 이루고 있는 각.
• 기준: 진북(North) = 0°, 시계 방향으로 측정.
  • 동쪽(E) = 90°
  • 남쪽(S) = 180°
  • 서쪽(W) = 270°

② 태양광 발전 최적 방위각

• 태양광 발전에서는 최적의 방위각을 찾는 것이 중요함.
• 북반구에서는 태양이 남쪽 하늘을 지나가므로, 일반적으로 남향(180°)이 최적.
• 남반구에서는 태양이 북쪽 하늘을 지나가므로, 북향(0°)이 최적.

🔹 방위각에 따른 발전량 차이 (예: 북반구 기준)

방위각	발전량 비율(100% 기준)	설명
180° (남향)	100%	최적의 발전량
150°~210°	98~99%	거의 최적
90° (동향)	80~85%	오전 발전량↑, 오후 발전량↓
270° (서향)	80~85%	오전 발전량↓, 오후 발전량↑
0° (북향)	50~70%	태양광 발전 비효율적

• 남향(180°)에서 10~15° 정도 서쪽으로 기울이면 오후 발전량 증가.
• 건물 옥상 태양광 설치 시, 공간 활용과 미적 요소 고려 필요.
• 추적형 시스템 사용 시, 방위각 조정이 자동으로 이루어짐.

3. 태양고도각(Solar Altitude Angle)

① 개념

• 태양이 지평선 위에 위치하는 고도(높이)
• 단위: 도(°)
• 하루 동안 태양의 위치가 변함에 따라 고도각도 변함.
• 북반구의 경우 하루 중 태양고도가 가장 높은 방향은 정남이다.
• 남반구의 경우 하루 중 태양고도가 가장 높은 방향은 정북이다.
• 태양고도각이 클수록 태양광 패널이 더 많은 태양 에너지를 받음.

② 태양고도각 공식

$ h = 90° - \phi + \delta $

• h = 태양고도각(°)
• φ (Phi) = 관측자의 위도(°)
• δ (Delta) = 태양 적위(°) (계절에 따라 변함)

🔹 태양고도각의 계절 변화

• 여름: 태양고도각 ↑ (태양이 더 높이 뜸 → 발전량 증가)
• 겨울: 태양고도각 ↓ (태양이 낮게 뜸 → 발전량 감소)

🔹 태양고도각의 일일 변화

• 오전: 태양고도각 낮음 → 발전량 적음.
• 정오: 태양고도각 최대 → 발전량 최고.
• 오후: 태양고도각 낮아짐 → 발전량 감소.

태양광 발전 최적화를 위한 고려사항

• 고위도 지역에서는 패널을 더 기울여야 함.
• 추적형 시스템을 활용하면 태양고도각 변화에 따라 최적의 각도로 조정 가능.

4. 태양광 패널 최적 경사각(Tilt Angle)

① 개념

• 태양광 패널을 수평면에서 기울이는 각도.
• 위도와 태양고도에 영향을 받음
• 10° 이하에서는 강우로 인한 자정 효과를 충분히 얻지 못하므로, 경사각은 10 ~ 90° 의 범위 내에서 목적에 맞게 설치
• 눈이 쌓이는 적설지대에서는 45° 이상의 각도로 하여 20 ~ 30cm 정도의 적설에 눈이 자연적으로 흘러내리도록 설계
• 단위: 도(°)

② 최적 경사각 공식

• 일반적으로 패널 경사각 = 위도 ± 10°
• 여름: 위도 - 10° (태양이 높게 뜨므로 경사 적게)
• 겨울: 위도 + 10° (태양이 낮게 뜨므로 경사 크게)

🔹 태양광 발전소 설치 시 일반적인 경사각 설정

위도 (°)	일반적 경사각 (°)	계절별 조정
0°~15°	10°~15°	고정형 가능
20°~30°	20°~30°	여름 -10°, 겨울 +10°
35°~45°	30°~40°	계절별 조정 필수
50° 이상	40°~60°	경사각 크게 조정 필요

 

태양광 발전 효율을 높이기 위한 경사각 조정 팁

• 여름에는 패널을 좀 더 수평에 가깝게 (낮은 경사각).
• 겨울에는 패널을 더 세워서 (높은 경사각).
• 추적형 시스템이 있다면 자동으로 조정 가능.