태양광 발전 구조물 설계

신재생에너지 발전 설비

태양전지설치 구조물

• 가대（프레임，지지대，기초판)
• 구조물（가대 + 앵커볼트 + 기조）

가대의 종류 와 특징

• 강제 + 도장 : 경제성
• 강제 + 용융아연도금 : 비교적 저렴, 장시간 사용
• 스테인리스 : 경량, 내식성 우수
• 알루미늄 합금재 : 시공성 우수

가대에 고려할 상정하중

수직하중: 고정하중, 적설하중, 활하중

수평하중: 풍하중, 지진하중

• 고정하중 : 어레이, 프레임, 서포트 하중
• 적설하중 : 경사계수 및 눈의 단위 질량 고려
• 활하중 : 건축물 및 공작물을 점유 · 사용함으로써 발생하는 하중
• 풍하중 : 어레이에 가한 풍압과 지지물에 가한 풍압의 합
• 지진하중 : 지지층의 전단력 계수 고려

태양전지 어레이용 가대

• 가대의 재질은 환경조건이나 설계 내용연수에 따라 선택, 결정한다.
• 적정한 재질은 내용연수 등을 고려하여 SS400의 강재용융아연도금 마무리 제품이 유용하다.
• 스테인리스강 SUS316은 염해 등에 대해 최고로 내성이 높지만 구입하기가 어렵고 고가이므로 해상 설치의 경우 SUS304가 많이 사용되고 있다.
• 가대의 강도는 최소한 자중에 풍압력을 가한 하중에 견디는 것이어야 한다.

태양광발전 설비 분류

• 어레이 설치 방식에 따른 분류 : 고정식, 경사가변형, 추적식
• 설치장소에 따른 분류 : 평지, 경사지, 평지붕, 경사지붕, 건물외벽 등

태양광발전 추적에 따른 분류

• 추적방향에 따른 분류 : 단방향 추적법, 양방향 추적법
• 추적방식에 따른 분류 : 감지식 추적법, 프로그램식 추적법, 혼합식 추적법

기초

• 기초의 최소폭(B)과 근입깊이(Df)의 관계에 따라 깊은 기초와 얕은 기초로 구분한다.
• 적절한 토층 아래 압축성이 큰 층이 없을 때 얕은 기초를 설치한다.
• 얕은 기초는 Footing 기초와 전면 기초로 구분한다.
• 깊은 기초는 말뚝 기초, Pier 기초, Caisson 기초로 구분된다.

고정형 어레이의 특징

• 태양전지의 방위각(정남향) 및 경사각을 고정하여 설치
• 구조물의 구동이 없어 하단부 공간 활용이 가능
• 구조가 상대적으로 안전하여 전복이나 오작동에 의한 사고 가능성이 낮음
• 경사가 변형과 추적식에 비교하여 발전효율이 상대적으로 낮음

태양전지 어레이용 가대에 사용되는 구조물

구분	파워볼트시스템	일반 철골구조
주요 특성	• 장스팬 구조물에 적합 • 트러스트 구조로 안정된 구조 • 격자 구조체 이므로 횡력이 적어 안정된 구조체임 • 현장 볼트 설치로 공사기간 단축	• 단스팬 구조물에 적합 • 타구조물에 비해 경량구조 • 구조계산에 의한 정밀한 구조물
특징	• 설치방법이 간단하며 장스팬 구조물에 유리	• 단스팬의 구조체로 적당하며 장스팬 구조시 어려움
장점	• 구조의 안전도 용이 • 돔 정방향 구조에 유리 • 필요한 응력에 의한 자재 사용으로 경제적으로 설계 • 조립 및 해체가 간단하며 다른 장소에 이설 설치가 가능함 • 압축 좌골 뒤틀림에 강한 구조용 강관 사용으로 물량 경감 • 구조물 디자인적 측면 쉬움	• 단스팬 구조물에 유리 • 설치공사비가 저렴 • 구조물 무게가 가벼운 건물 옥상 등 설치 유리
단점	• 장스팬 구조물에 적용	• 장스팬 구조물에 불합리함 • 부재의 생산치수로 인하여 구조물 높이와 거리에 제한적

 

태양전지 철골 구조물 도금/도료

1. 용융아연도금의 특징

태양전지 철골 구조물에 사용되는 방수방지 방법 중 철 표면이 손상을 입은 경우 파손된 철 소제를 보호하여 부식의 진행을 억제.

2. 중방식 도료의 특징

• 두꺼운 도막이 가능함
• 환경적으로나 경제적으로 보수 도장이 어려운 구조물에 대해 5년 이상 혹은 10년 이상 견딜 수 있는 방식으로 사용
• 내수성, 내염수성, 내산성, 내알칼리성 등이 우수함
• 자원절약의 기능성을 가짐

3. 에폭시 수지 도료

• 가혹한 환경에서 방식성, 경제성, 도료 자체의 품질 우수
• Amine에 의한 경화반응 매커니즘으로 생긴 도막은 강하고 밀착성 우수
• 물, 약품, 오염가스 등에 대한 저항력이 도료 중 가장 강함
• 성능이 뛰어나며 가혹한 환경 하에서의 방식성, 경제성, 도료 자체의 품질 등이 우수하여 현재의 중방식용 도료의 대표격으로 많이 사용되고 있다.

4. 염화고무 도료

• 건조가 빠르다.
• 층간 밀착성이 우수하다.
• 오염환경이나 해안환경에 강하다.
• 내수성이 우수하며, 물과 산소의 침투성이 다른 도료에 비해 매우 낮다.
• 염화고무계 수지를 간단히 용제에 용해시킨 것을 전색제로 하여 이것에 다른 성분(안료, 첨가제) 등을 혼합시켜 제조한다.

5. 자연건조형 불소수지계 도료

• 플루오프 오레핀과 비닐에테르를 공중합시켜 유지용제에 용해됨
• 상온건조가 가능
• 대기오염, 산성비에 대해 20년 이상의 내후성과 내구력이 가능
• 비닐에테르에 결합되는 특수한 물질이 도막의 광택, 투명성, 경도, 부착성 등을 부여
• 자연건조형 불소수지계 도료는 유기계 자연건조형 도료 중에서 가장 우수한 성능을 발휘하는 도료 

태양전지 모듈 설치 방식 

• 경사 지붕형: 기와, 착색 슬레이트, 금속지붕 등의 지붕재에 전용 지지기구와 받침대를 설치하여 그 위에 태양전지 모듈을 설치하는 형태, 주로 주택용 설치공법으로서 각 모듈 제조회사의 표준사양으로 되어 있다.
• 평지붕형: 아스팔트 방수, 시트 방수 등의 방수층 위에 철골가대를 설치하고 그 위에 태양전지 모듈을 설치하는 형태이다. 주로 청사나 학교 관사 옥상의 태양전지 모듈 설치공법으로서 각 모듈 제조회사의 표준사양 으로 되어 있는 형태
• 지붕재 일체형 : 금속지붕, 평판기와 등의 지붕재에 태양전지 모듈을 부착시킨 형태이다. 방수성, 내구성 등 지붕의 여러 기능을 겸비하며, 주변 지붕재와 동일한 형상을 하고 있기 때문에 지붕과 일체감이 있고, 건축의 미적 디자인을 손상시키지 않는다.
• 톱라이트형: 톱라이트의 유리부분에 맞게 태양전지 유리를 설치한 형태이다.

태양전지 모듈의 설치공법

• 루비형: 개구부의 블라인드 기능을 가지고 있는 형태이다.
• 벽 설치형: 벽에 가대 등을 설치하고 그 위에 태양전지 모듈을 설치하는 형태로, 중 · 고층 건물의 벽면을
  유효적절하게 활용할 수 있다.
• 벽 건재형 : 태양전지 모듈이 벽재로서 기능하는 형태로, 주로 커튼월 등으로 설치되어 있다.
• 창재형 : 채광성, 투시성 등의 유리창의 기능을 보유하고 있는 형태로, 셀의 배치에 따라 개구율을 변경할
  수 있다.
• 차양형 : 창의 상부 등 건물 외부에 가대를 설치하고 태양전지 모듈을 설치하여 차양 기능을 보완한 형태
  로, 한국에너지기술연구원에 설치되어 있다.

단방향 추적식과 양방향 추적식 비교

• 고정식 대비 장치 발전장치 간격 : 단방향 20~30[%] 증가, 양방향 5배 증가
• 고정식 대비 발전효율 : 단방향 5~10[%] 증가, 양방향 20~30[%] 증가
• 방위각 추적 각도 : 단방향 30~150°, 양방향 60~210°
• 구조물 안정성 : 단방향, 양방향 - 강선을 이용한 추가 안전장치 필요
  
  

지역별 최적 경사각

구분	최적경사각	구분	최적경사각
강릉	36°	대구	33°
춘천	33°	영주	33°
서울	33	부산	33°
원주	33°	진주	33°
서산	33°	전주	30°
청주	33°	광주	30°
대전	33°	목포	30°
포항	33	제주	24°

 

경사고정형 태양광발전 구조물

• 가장 보편적으로 활용되고 있으며 가장 견고한 방식이다.
• 태양전지모듈을 연중 평균적으로 가장 잘 채광할 수 있도록 방위각과 양각을 산정한 후 전체 어레이를고정한다.
• 방위각은 설치장소의 위도와 같은 각도를 유지하도록 설정하는 것이 보통이며, 국내의 경우 춘분과 추분에 전력발생이 최대가 된다.
• 낮은 설치투자비, 단순조립에 의한 손쉬운 시공, 좁은 설치면적과 적은 유지비용이 장점인 반면, 발전효
  율이 가장 낮다.