Journal of the Korean Solar Energy Society. 30 June 2026. 13-28
https://doi.org/10.7836/kses.2026.46.3.013

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 수직 양면형 PV 시스템의 전기적 성능 분석

  •   2.1 실험 개요 및 목적

  •   2.2 실험 대상 및 장비

  •   2.3 실험 결과 및 분석

  • 3. 시뮬레이션을 통한 수직 양면형 PV 시스템의 발전량 분석

  •   3.1 시뮬레이션 모델 설계

  •   3.2 시뮬레이션 오차율 비교

  •   3.3 시뮬레이션 결과 및 분석

  • 4. 결 론

1. 서 론

기후변화 대응과 탄소중립 달성을 위한 국제적 노력에 따라 각국은 온실가스 배출 감축 목표를 강화하고 있으며, 정부는 제1차 국가 탄소중립 녹색성장 기본계획(2023)1)에서 발표한 국가 온실가스 감축 목표(NDC, Nationally Determined Contribution)를 통해 건물 부문 온실가스 배출량을 2018년 5,210만 톤 CO2eq 대비 2030년 3,500만 톤 CO2eq로 약 33% 감축하는 것을 목표로 설정하였다. 그러나 국내 에너지 시스템은 여전히 화석연료에 대한 의존도가 높으며, 재생에너지 확대가 중요한 과제로 제시되고 있다.

태양광 발전은 탈탄소화를 위한 대표적인 재생에너지 기술로, 최근 전 세계적으로 설치 용량이 빠르게 증가하고 있다. 그러나 일반적인 태양광 발전 시스템은 발전량을 극대화하기 위해 남향으로의 설치가 주로 적용되며, 이로 인해 발전량이 정오 시간대에 집중되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 발전 피크 집중 현상은 전력 수급의 불균형과 계통 안정성 저하를 유발할 수 있으며, 발전 시간대 분산을 위한 대안으로 동·서향으로 배치된 태양광 발전 시스템이 주목받고 있다. Minuto et al. (2024)2)은 지붕에 동·서향으로 설치된 PV 시스템은 남향으로 설치된 PV 시스템에 비해 총 발전량이 적었으나, 발전량에 대한 자체 소비율이 증가하고 발전 피크의 분산이 이루어진다는 점을 확인하였으며, 방위각이 동·서향으로 설치된 PV 시스템에 미치는 영향을 분석하였다.

동·서향으로 설치된 태양광 발전 시스템의 성능 향상을 위해, 양면형 PV (Bifacial Photovoltaic) 시스템, 알베도(Albedo, 지면반사율), 방위각, 설치 높이 등 요인으로부터의 영향에 대한 연구 또한 진행되고 있다. 양면형 태양광 모듈은 전면뿐만 아니라 후면에서도 태양광을 수광하여 전력을 생산할 수 있는 구조를 가지며, 지면이나 주변 환경으로부터의 반사광에 의한 알베도 효과를 통해 발전량이 증대되는 특징을 가진다. Kang et al. (2025)3)에서는 양면형 PV 모듈은 알베도 효과를 통해 단면형 모듈 대비 약 5 ~ 20% 이상 발전량이 증대될 수 있으며, 특히 지면 반사율이 높은 환경에서 후면 입사 일사량 증가로 인해 발전 성능이 향상되는 것으로 보고되었다.

Øgaard et al. (2024)4)은 동·서향으로 설치된 수직 양면형 PV 시스템을 대상으로 시뮬레이션 및 실측 데이터를 활용하여 일사량 분포와 음영에 따른 발전 성능을 분석하였다. 그 결과, 일사량이 정오에 집중되는 남향 PV 시스템과 달리 동·서향 수직 양면형 PV 시스템은 전력 부하가 높은 시간대에 전력의 분산된 공급이 가능하며, 후면 입사광을 통한 효율 향상이 가능함을 확인하였다.

방위각과 알베도 조건이 양면형 PV 시스템의 발전 성능에 영향을 미치는 주요 인자로 알려진 반면, 기존 연구에서는 이러한 변수들이 발전 성능에 미치는 영향을 실험과 시뮬레이션을 통해 종합적으로 분석한 연구가 상대적으로 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 동·서·남·북의 네 방위로 설치된, 서로 다른 알베도 조건(인조 잔디, 회색 마감재, 반사 시트)으로 설치된 수직 양면형 PV 시스템의 옥외 실험을 통해 방위각 및 알베도 조건에 따른 발전 특성을 분석하고, 실험 결과를 기반으로 PVsyst5) 시뮬레이션 모델을 구축하여 연간 발전량을 예측하였다. 이후 실험 결과와 시뮬레이션 결과를 비교·분석하여 수직 양면형 PV 시스템의 발전특성을 평가하였다.

2. 수직 양면형 PV 시스템의 전기적 성능 분석

2.1 실험 개요 및 목적

본 연구에서는 옥외 실험을 통해 수직 양면형 PV 모듈의 전기적 성능을 비교·분석하였다. 동·서·남·북의 네가지 방위각과 세 가지 알베도 조건(인조 잔디, 회색 마감재, 반사 시트)을 적용하여 실험 모델을 설계하였으며, 각 조건 별 발전량과 전면 일사량을 측정하였다. 이를 통해 방위각 및 알베도의 변화가 수직 양면형 PV 시스템의 전기적 성능에 미치는 영향을 분석하였다.

수직 양면형 PV 시스템의 모듈은 동일한 향으로의 배치에서도 Fig. 1과 같이 모듈 전·후면에 대한 고려가 필요하다. 본 연구에서는 모듈 전면의 방위각에 따른 발전량 비교를 위해 모듈 전면의 방위각을 동(–90°), 서(90°), 남(0°), 북(180°)으로 구분하여 분석하였다. 분석 대상 표기 시에는 동향(E–W), 서향(W–E), 남향(S–N), 북향(N–S)과 같이 수직 양면형 PV 모듈의 전면이 향하는 방위를 먼저 표기하였다.

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Fig. 1

Appearance of front and rear sides of the bifacial module

수직 양면형 PV 모듈의 발전 성능은 설치 지면 알베도의 영향을 크게 받는다. 알베도는 지면에 도달한 태양 복사 에너지 중 반사된 에너지의 비율을 의미하며, 값이 클수록 후면으로 입사되는 일사량이 증가하여 양면형 PV 모듈의 발전성능이 향상된다. IEA-PVPS의 보고서(2021)6)는 알베도가 증가할수록 후면입사 일사량에 기인하는 양면 이득(Bifacial gain)을 최대 15% 이상 증가시킬 수 있다는 것을 보고하였다. 그러나 Table 1과 같이 알베도는 반사면의 재질, 색상, 표면 거칠기에 따라 달라질 수 있으며, 천공 상태나 태양의 고도각 등 외부 환경 요인에 의해 변할 수 있으므로 이를 고려한 분석이 필요하다.

Table 1

Albedo ranges for different surfaces6)

Surface Albedo
Grass 0.15 ~ 0.26
Snow 0.55 ~ 0.98
Black soil 0.08 ~ 0.13
Clay soil 0.16 ~ 0.23
Concrete 0.25 ~ 0.35
Sand 0.21 ~ 0.60
Asphalt pavement (new) 0.09
Asphalt pavement (weathered) 0.18

수직 양면형 PV 모듈의 발전 특성을 분석하기 위해서는 후면으로 입사되는 반사광을 극대화할 수 있는 지면 조건을 조성하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 Fig. 2와 같이 인조 잔디(알베도 0.2), 회색 마감재(알베도 0.35), 반사 시트(알베도 0.87)의 알베도 조건을 적용하여 실험 모델을 설계하였다.

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Fig. 2

Vertical bifacial PV systems with different orientation and albedo conditions

2.2 실험 대상 및 장비

본 연구에서 사용한 수직 양면형 PV 모듈은 Fig. 3과 같이 510 mm × 1,380 mm × 6.9 mm 치수의 모듈을 사용하였으며, Glass 3.0T + Glass 3.0T 구조로 이루어진 투과율 약 25.7%의 Glass to Glass 타입의 모듈이다. 해당 양면형 PV 모듈의 주요 사양은 Table 2와 같다. PV 모듈의 설치 각도는 전 방위 90°로 동일하며, 모듈과 지면의 이격 거리는 0.1 m로 설계하였다.

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Fig. 3

Features of the module

Table 2

Specifications of bifacial PV modules

Parameters Values
Cell type Mono C – si
Cell size 130 mm × 210 mm
Module type Glass – to – Glass Type
Module size 510 mm × 1,380 mm × 6.9 mm
Electrical efficiency (STC) 14.26%
Maximum power (Pmax) 105 Wp
Maximum voltage (Vmpp) 12.09 V
Maximum current (Impp) 7.99 A
Open-circuit current (Voc) 14.11 V
Short-circuit current (Isc) 8.66 A
Maximum bifaciality (ϕ) 86.43%

인조 잔디와 회색 마감재를 반사재로 사용한 모델의 알베도는 IEA-PVPS의 보고서(2021)6)에서 제시된 값을 참고하여 각각 0.2, 0.35를 적용하였으며, 반사 시트를 사용한 모델은 국내에서 제작한 알베도 값이 0.87인 반사 시트 제품을 사용하였다. 각각의 마감재를 적용한 모습은 Fig. 4와 같다.

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Fig. 4

Reflective materials for different albedo conditions

본 실험은 2025년 10월부터 11월까지 약 한 달간 국립 공주대학교 천안 공과대학(위도 36.85°, 경도 127.15°)에서 진행되었다. 실험은 상대적으로 맑은 날을 중심으로 측정하였으며, 인조 잔디 모델은 2025년 10월 1일, 회색 마감재 모델은 2025년 10월 11일, 반사 필름 모델은 2025년 11월 4일 데이터를 사용하였다. 또한 그림자에 의한 출력 저하를 최소화하기 위해 음영이 발생하지 않는 조건에서 실험을 수행하였다. 각 PV 모듈의 전기적 특성은 전압 및 전류 측정 장치인 I-V Curve Tracer (TNE TECH, M9714B)를 사용하여 측정하였으며, 최대전압(Vmax), 최대전류(Imax), 최대출력(Pmax) 등의 값을 측정하였다. 측정에 사용한 I-V Curve Tracer의 모습은 Fig. 5와 같다.

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Fig. 5

I-V curve tracer

본 실험에서는 Fig. 6과 같이 Senseca 사의 LPS02MA0, EKO 사의 MS-60 일사량계를 함께 사용하였으며, 일사량계는 각 모듈 전면의 방위각과 경사각에 맞춰 설치하고 방위각별 전면 일사량을 측정하였다. Senseca 사의 LPS02MA0 일사량계는 동향(E–W)과 남향(S–N) 모듈에 각각 1대씩 설치하였으며, EKO 사의 MS-60 일사량계는 서향(W–E)과 북향(N–S)에 각각 1대씩 설치하였다. 측정에 사용한 I-V Curve Tracer와 일사량계의 측정 범위, 정밀도는 Table 3과 같다.

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Fig. 6

Pyranometers

Table 3

Specifications and accuracy of instruments used for measurements

Measurement items Measuring instrument Measurement range Accuracy
PV system
power generation
I – V curve tracer M9714B (TNE TECH) Voltage : 0 ~ 500 V
Current : 0 ~ 20 A
Voltage : ± 0.1% of full scale
Irradiance Pyranometer LPS02MA0 (Senseca) 0 ~ 360° Uncertainty : 1.8%
Pyranometer MS-60 (EKO) 0 ~ 360° Uncertainty : 0.79%

모든 데이터는 10초 간격으로 측정하였으며, 이를 통해 방위각 및 알베도에 따른 수직 양면형 PV 시스템의 전기적 성능 분석을 수행하였다.

2.3 실험 결과 및 분석

Fig. 7은 각 실험 모델의 05시부터 19시까지 모듈 전면의 방위각별 발전량을 나타낸 그래프이다. 분석 결과, 남향(S–N)과 북향(N–S) PV 모듈은 12시경 발전량이 가장 높게 나타났으며, 동향(E–W)과 서향(W–E) PV 모듈은 각각 10시와 16시경 발전 피크가 분산되는 양상을 보였다. 이를 통해 정오 시간대 발전량이 집중되는 남향(S–N), 북향(N–S) 양면형 PV 모듈과 달리, 동향(E–W), 서향(W–E) 양면형 PV 모듈은 발전 피크 시간이 오전·오후로 분산되는 것을 확인하였다.

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Fig. 7

Power generations of experiment models

Fig. 8은 각 실험 모델의 PV 모듈 전면 방위각에 따른 전면 일사량을 나타낸 그래프이다. 북향(N–S) PV 모듈의 전면 일사량은 상대적으로 낮게 나타났으나, 발전량은 남향(S–N) PV 모듈과 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 오후 시간대의 동향(E–W) PV 모듈과 오전 시간대의 서향(W–E) PV 모듈에서도 전면 일사량은 낮게 나타났지만 발전량은 유사하였다. 이는 86.43%의 높은 양면계수의 모듈을 사용하여 후면 발전의 기여도가 커졌기 때문으로 판단된다.

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Fig. 8

Irradiance of experiment models

수직 양면형 PV 시스템의 발전 효율 η식(1)을 사용하여 계산하였고, 이를 통해 알베도에 따른 수직 양면형 PV 시스템의 발전 효율을 비교·분석하였다.

(1)
η[%]=Pout(Gfront+Grear×ϕ)×A×100

여기에서,

Pout : 시스템이 실제로 출력한 전기 출력[W]

Gfront : 모듈에 입사되는 전면 일사량(입사 광량)[W/m2]

Grear : 모듈에 입사되는 후면 일사량(입사 광량)[W/m2]

ϕ : 양면 계수[%]

A : 모듈 면적[m2]

Fig. 9는 09시 30분부터 15시까지 4방위 발전 효율의 알베도별 평균을 나타낸 그래프이다. 세 가지 실험 모델 각각의 평균 발전 효율은 인조 잔디를 사용한 모델이 11.09%, 회색 마감재를 사용한 모델이 11.94%, 반사 시트를 사용한 모델이 12.97%로 나타났으며, 알베도 값이 가장 큰 반사 시트 모델의 효율이 가장 높게 나타났다. 이는 알베도 값의 증가에 따라 PV 모듈의 후면으로 입사되는 산란 일사량이 증가하여 발전 효율이 증대된 것으로 분석되었다. 이를 통해 알베도가 수직 양면형 PV 모듈의 발전 성능에 미치는 영향이 큰 것으로 확인되었다.

인조 잔디 모델 대비 회색 마감재 모델의 발전 효율은 7.66% 증대되었으며, 회색 마감재 모델 대비 반사 시트 모델의 발전 효율은 8.63% 증대되었다. 이를 통해 알베도 값이 증가함에 따라 수직 양면형 PV 모듈의 발전 효율도 함께 증가한다는 것을 확인하였다.

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Fig. 9

Electrical efficiency of experiment models

Fig. 10은 알베도에 따른 방위각별 평균 발전 효율을 나타낸 그래프이다. 분석 결과, 모든 방위각에서의 평균 발전 효율은 알베도의 증가에 따라 인조 잔디(0.2) < 회색 마감재(0.35) < 반사 시트(0.87) 순으로 증가하였으며, 알베도 값이 가장 큰 반사 시트 모델이 발전 효율 증대에 가장 유리한 것으로 분석되었다. 인조 잔디 모델 대비 반사 시트 모델의 발전 효율을 비교하였을 때, 동향(E–W) 모듈의 경우 발전 효율이 약 15% 향상되었으며, 서향(W–E) 모듈은 약 16%, 남향(S–N) 모듈은 약 8%, 북향(N–S) 모듈은 약 12% 향상된 것으로 나타났다. 동향(E–W) 및 서향(W–E) 모듈에서는 알베도 증가에 따른 발전 효율 향상 폭이 상대적으로 크게 나타났는데, 이는 태양에 동 → 서 방향으로 이동함에 따라 오전과 오후 시간대에 전·후면 모두 직달 및 산란 일사를 수광하며, 알베도 증가로 인해 지면 반사에 의한 후면 입사 일사량이 증가하여 발전 효율이 상대적으로 크게 향상된 것으로 분석된다. 반면, 남향(S–N) 모듈의 경우 정오 시간대 전면 일사량이 집중되므로 알베도 증가에 따른 효율 향상 폭이 상대적으로 작게 나타난 것으로 분석되었다.

따라서 알베도가 증가함에 따라 모든 방위각에서 발전 효율이 증가하였으며, 동향(E–W) 및 서향(W–E) 모듈에서는 알베도 값 증가에 따른 발전 효율 향상 효과가 상대적으로 크게 나타나는 것을 확인하였다.

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Fig. 10

Average power generation efficiency by orientations according to albedo

3. 시뮬레이션을 통한 수직 양면형 PV 시스템의 발전량 분석

실험을 통해 방위각 및 알베도에 따른 수직 양면형 PV 시스템의 전기적 성능을 분석하였고, 수직 양면형 PV 시스템을 동향(E–W) 및 서향(W–E)으로 설치할 경우 발전 피크 시간대가 분산되며, 높은 알베도 값의 반사재를 적용하였을 때 높은 발전 효율을 보인다는 결과를 도출하였다. 이를 바탕으로 PVsyst 프로그램을 사용하여 시뮬레이션을 수행하고, 평지붕 건물의 지붕에 펜스형으로 설치되는 수직 양면형 PV 시스템을 모델링하였다.

3.1 시뮬레이션 모델 설계

PVsyst 프로그램을 사용하여 Fig. 11과 같이 평지붕 건물의 지붕에 펜스 형태로 설치된 수직 양면형 PV 시스템의 시뮬레이션을 수행하였다. PV 모듈은 옥외 실험에서 사용된 모듈과 동일한 사양을 적용하였다. 또한 Table 4과 같이 기상 정보는 천안 지역의 연간 평균 기상 데이터(TMY; Typical Meteorological Year)를 활용하여 시뮬레이션을 진행하였다. PV 시스템 구성은 10개의 모듈을 직렬로 연결하여 구성하였으며, 모듈과 지면 간 이격거리도 실험 조건과 동일하게 0.1 m로 고정하였다. 모듈의 방위각은 동·서·남·북으로 배치하였으며, 음영이 발생하지 않는 조건으로 모델링하였다.

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Fig. 11

Roof fence - type vertical bifacial PV system model

Table 4

PVsyst simulation input values

Parameters Values
Location (weather data) Cheonan (TMY)
Number of modules 10 EA
Height above ground 0.1 m
Tilt 90°

또한, 알베도에 의한 발전량의 차이를 분석하기 위해 알베도 값을 0.2, 0.4, 0.6, 0.8로 세분화하여 설정하였으며, 이를 통해 다양한 건물 환경에 따른 발전 성능을 예측할 수 있도록 하였다.

3.2 시뮬레이션 오차율 비교

Kim (2026)7)에서는 본 연구의 수직 양면형 PV 모듈을 대상으로 진행한 옥외 실험과 동일한 환경 조건(일사량, 외기 온도, 풍향, 풍속 등)을 적용하여 PVsyst 시뮬레이션을 수행하였으며, 산출된 결과를 실험값과 비교하여 시뮬레이션 프로그램의 신뢰성을 검증하였다. 신뢰성 검증은 시뮬레이션 결과와 실측값 사이의 상대적 오차를 직관적으로 평가할 수 있도록 평균 절대 백분율 오차(MAPE, Mean Absolute Percentage Error)를 사용한 식(2)를 사용하였다.

(2)
MAPE=(1Nyi-y^iyi)*100

여기에서,

N : 전체 데이터 개수

yi : 실제값

yi^ : 예측값

Table 5는 07시부터 18시까지의 시간별 누적 발전량에 대한 평균 오차율을 나타낸다. 방위각별 평균 오차율은 동향(E–W) 5.30%, 서향(W–E) 4.30%, 남향(S–N) 2.75%, 북향(N–S) 7.30%로 나타났다. 남향(S–N)은 전면 일사량의 영향을 많이 받아 비교적 안정적인 일사 패턴을 보이므로 오차율이 가장 낮게 나타났다. 반면, 북향(N–S)은 후면 입사 일사 기여도가 크고, 산란 일사의 영향을 상대적으로 많이 받아 오차율이 높게 나타난 것으로 분석되었다. 알베도별 평균 오차율은 인조 잔디 모델 4.75%, 회색 마감재 모델 6.25%, 반사 시트 모델 4.50%로 나타났다. 회색 마감재 모델의 경우, 실제 측정된 알베도 값이 아닌 IEA-PVPS의 보고서 (2021)6)에서 제시된 범위를 참고하여 시뮬레이션을 수행하여 다른 두 모델에 비해 상대적으로 높은 오차율을 보였다.

Table 5

Average error rate of cumulative power generation over time

Average error rate Artificial grass Gray surface finish Reflective film
E–W 5% 7% 4%
W–E 4% 5% 4%
S–N 3% 5% 3%
N–S 7% 8% 7%

3.3 시뮬레이션 결과 및 분석

Fig. 12는 알베도에 따른 방위각별 연간 시간별 누적 발전량의 평균값을 나타낸 그래프이다. 모든 알베도 조건에서, 실험 결과와 동일하게 남향(S–N), 북향(N–S) PV 시스템의 발전량은 12시경에 가장 높게 나타났고, 동향(E–W), 서향(W–E) PV 시스템은 각각 10시와 16시경 가장 높은 발전량을 보이며 피크 발전 시간대가 분산되는 것으로 나타났다. 동향(E–W) 및 서향(W–E) PV 시스템의 경우 알베도가 높아질수록 해당 시스템의 정오 시간대 발전량이 증가하며 이에 따라 피크 분산 효과가 감소하는 경향을 보였다. 연간 총발전량은 Fig. 13과 같이 알베도가 0.2에서 0.8로 증가함에 따라 점진적으로 증가하는 경향을 보였다. 피크 분산 효과의 감소와 연간 총발전량의 증가는 알베도가 증가함에 따라 후면으로 입사되는 산란 일사량이 증가하였기 때문으로 판단된다. 이를 통해 시뮬레이션 프로그램이 수직 양면형 PV 시스템의 특성을 잘 반영한 것으로 판단하였다.

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Fig. 12

Hourly average of annual cumulative power generation by azimuth

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Fig. 13

Annual total generation yield under different azimuth and albedo conditions

Fig. 13과 같이, 알베도 값이 0.2인 모델의 연간 총발전량의 평균은 833 kWh로 가장 낮게 나타났으며, 0.4인 모델은 918 kWh, 0.6인 모델은 1,002 kWh, 0.8인 모델은 1,087 kWh로 알베도 값의 증가에 따라 총발전량의 평균도 증가하는 경향을 보였다. 알베도 값을 가장 높은 0.8로 설정한 모델은 알베도 값이 0.2인 모델 대비 연간 총발전량이 약 30% 향상된 것으로 나타나, 수직 양면형 PV 시스템에서 알베도가 발전성능에 미치는 영향이 큰 것으로 분석되었다.

또한, 알베도 값이 0.2에서 0.4로 증가한 경우 연간 총발전량은 10.20% 향상되었으며, 0.4에서 0.6으로 증가한 경우는 9.15%, 0.6에서 0.8로 증가한 경우는 8.48% 향상된 것으로 분석되었다. 이를 통해, 알베도 값의 증가에 따른 발전량 증가의 폭은 0.2에서 0.4로 증가하였을 때 가장 큰 것으로 분석되었으며, 0.6에서 0.8로 증가한 경우 발전량 변화 폭이 상대적으로 크지 않은 것으로 분석되었다.

4. 결 론

본 연구에서는 수직 양면형 PV 시스템을 대상으로 옥외 실험을 수행하여 수직 양면형 PV 모듈의 전면 방위각과 알베도에 따른 발전량 및 발전 효율을 비교·분석하였다. 또한 PVsyst 시뮬레이션을 통해 평지붕 건물의 지붕에 펜스형으로 설치된 수직 양면형 PV 시스템의 방위각 및 알베도 변화에 따른 연간 발전량을 비교·분석하였다. 이를 통해 도심 환경의 제한된 설치 공간에서 발전량을 극대화할 수 있는 설치 조건을 제시하고자 하였다.

옥외 실험 결과, 남향(S–N)과 북향(N–S) PV 모듈은 정오 시간대에 발전량이 집중되고, 동향(E–W)과 서향(W–E) PV 모듈은 피크 발전 시간대가 각각 10시·16시경으로 분산되는 것으로 나타났다. 알베도 값에 따른 평균 발전 효율은 인조 잔디 모델이 11.09%, 회색 마감재 모델이 11.94%, 반사 시트 모델이 12.97%로, 반사 시트를 적용한 모델이 가장 높은 발전 효율을 보였다. 알베도 값이 가장 낮은 인조 잔디 모델 대비 반사 시트 모델의 발전 효율은 약 17% 향상되었으며, 이는 알베도 값이 클수록 모듈에 입사되는 산란 일사량이 증가하여 발전 효율이 향상된 것으로 분석된다. 또한 알베도 증가에 따라 모든 방위각에서 발전 효율은 향상되었으며, 수직 양면형 PV 모듈의 발전성능에 알베도 값이 미치는 영향이 큰 것으로 판단된다.

PVsyst 프로그램을 활용하여 옥외 실험과 동일한 모듈 사양, 환경 조건(일사량, 외기 온도, 풍향, 풍속 등)을 적용하고, 평지붕 건물의 지붕에 펜스형으로 설치된 수직 양면형 PV 시스템의 시뮬레이션을 수행하여 연간 발전량을 분석한 결과, 옥외 실험과 동일하게 동향(E–W)과 서향(W–E) PV 시스템은 피크 발전 시간대가 분산되는 것으로 나타났다. 또한 북향(N–S) PV 시스템을 제외한 모든 방위각에서 연간 총발전량은 유사하게 나타나 방위각이 발전량에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 확인되었다.

반면, 알베도의 증가는 모든 방위각의 연간 총발전량을 크게 증가시켰으며, 알베도의 증가에 따라 총발전량이 최대 30% 정도 향상되는 것으로 나타났다. 따라서 수직 양면형 PV 시스템은 북향(N–S)을 제외하고 설치 방위의 영향은 미미하며, 알베도 값의 개선을 통해 발전량을 극대화할 수 있는 것을 확인하였다.

본 연구를 통해, 동·서향으로 수직 양면형 PV 모듈을 배치할 시 발전 피크 분산에 효과적이며, 알베도의 증대가 양면형 PV 모듈의 발전성능 향상에 효과적인 영향을 주는 것을 확인하였다. 또한, 본 연구는 제한된 공간에서 건축적 요소의 개선을 통해 양면형 PV 시스템의 효율을 높일 수 있음을 보여준다는 점에서 학술적 의의가 있다.

본 연구는 양면형 PV 모듈의 전면 방위각과 알베도를 중심으로 분석한 결과이므로, 향후 수직 양면형 PV 시스템의 건물 적용을 위해서는 반사면의 면적, PV 모듈 간 이격거리, 모듈 설치 높이 등 다양한 설계 인자의 영향을 종합적으로 고려한 보다 포괄적인 분석이 요구된다.

Acknowledgements

본 연구는 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원(RS-2024-00394769)과 국토교통부와 국토안전관리원의 공공건축물 그린리모델링 사업의 지원을 받아 수행한 연구입니다.

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