1. 서 론
전 세계 태양광 발전은 빠른 속도로 보급이 확대되고 있으며, 2024년 기준 누적 설치 용량은 2.2 TW 이상, 연간 신규 설치 용량은 약 600 GW에 달하는 것으로 보고되고 있다1,2). 이러한 성장에 힘입어 태양광은 이미 여러 국가에서 전력 소비의 10% 이상을 차지하며 주요 전원으로 자리매김하였다2). 그러나 발전 증가 속도에 비해 전력망 유연성 확보가 뒤따르지 못하면서, 발전 감축(curtailment)은 글로벌 에너지 전환 과정의 중요한 과제 중 하나로 인식되고 있다2,3).
국내 역시 재생에너지 확대 정책에 따라 태양광 보급이 꾸준히 증가하여 2024년 기준 누적 설치 용량은 29.5 GW에 이르렀다4). 그러나 태양광 설치는 여전히 남향 고정식 구조가 주류를 이루고 있어 발전이 정오 전후 시간대에 집중되는 경향이 강하며5), 이는 전력수요 곡선과의 부합성을 낮추고 출력제어 발생 빈도를 높이는 주요 원인으로 작용한다. 실제로 국내 태양광 출력제어 발생 현황을 살펴보면, 2023년에는 연간 2회에 불과하였으나, 2024년에는 26회로 급증하였고, 2025년 상반기 기준으로는 이미 44회가 발생하여 출력제어 빈도가 지속적으로 증가하는 추세를 보이고 있다6). 또한 국내 출력제어는 계절과 무관하게 11 ~ 14시에 집중되며, 봄·가을철에 가장 빈번하다. 이는 남향 고정식 패턴이 계통 수용 한계에 쉽게 도달함을 보여준다.
동서향(East-West) 배치 방식은 모듈을 동쪽과 서쪽으로 배치하여 발전이 오전과 오후 시간대로 분산되는 특성을 가지며, 정오 중심 발전 집중을 완화하고 부하 곡선과의 매칭도를 향상시키는 구조적 이점이 있다7,8). 또한 낮은 경사각 적용을 통해 설치 면적 활용도가 향상되어 GCR (Ground Coverage Ratio)을 확보하는 데 유리한 배열 방식으로 보고되고 있다9,10).
그러나 국내의 기존 선행연구들은 주로 시뮬레이션 해석에 의존하거나 지상 설치형 시스템을 대상으로 하여, 실제 건물 지붕의 형태적 제약과 다양한 설치 각도가 복합적으로 작용하는 실증 분석에는 한계가 있었다11). 특히 산업단지 내 공장 지붕과 같이 면적이 제한적인 환경에서 경사각, 설치 형태별 실증 기반 성능 분석, 피크분산효과와 계통 안정성 기여도 분석은 상대적으로 부족한 실정이다12,13).
본 연구는 기존 연구와 차별화하여 강원도 철원 소재 공장의 박공지붕과 평슬라브 지붕에 남향 고정식, 동서향 이중경사형(11°, 20°), 동서향 수직형(90°)을 포함한 총 네 가지 배열을 구축하고, 1분 단위 모니터링 기반의 8개월 실증 데이터를 통해 발전특성과 시간대별 발전 패턴을 정량적으로 분석하였다. 특히 동서향 시스템이 출력제어가 집중되는 시간대의 발전 집중을 완화할 수 있는지 검토하고자 하였으며, 지붕 구조별 GCR 확보 가능성과 배열 적합성을 분석함으로써, 태양광 설치 방향 다변화 및 계통 안정성 향상에 기여할 수 있는 실증적 근거를 제시하고자 한다.
2. 연구방법
2.1 실증사이트 개요
본 연구는 2025년 4월부터 11월까지 약 8개월간 수행된 실증 데이터를 기반으로 한다. 실증 대상 시스템은 설치 시점에 따라 데이터 확보 기간이 차이가 있으며, 공장 박공지붕 모델은 2025년 4월부터 운영을 시작하여 전 실증 기간에 대한 발전데이터를 확보하였다. 반면, 평슬라브 지붕에 설치된 동서향 모델은 설치 일정에 따라 2025년 7월 이후부터 실증 운전을 수행하였다.
실증 대상은 서로 다른 지붕 구조를 가지는 건축물로 구성된다. 첫 번째는 경사면이 이미 형성된 공장 박공지붕으로, 이 지붕에는 경사각 11°의 동서향 이중경사형 모델을 설치하였다. 두 번째는 일반 건축물의 평슬라브 옥상으로, 독립 경사 구조물을 활용하여 경사각 20°의 동서향 이중경사형 모델과 경사각 90°의 수직형 모델을 Fig. 1과 같이 강원도 철원군 소재 공장에 구축하였다.
모든 모델은 동일한 기상 조건을 확보하기 위해 상호 인접하게 설치하였으며, 주변 음영 요소를 최소화하였다. 또한 태양광 모듈과 인버터는 동일 제조사의 동일 사양을 사용하여, 설치 형태 및 경사각 이외의 요인이 발전 성능에 미치는 영향을 배제하였다.
발전 분석은 전체 실증 기간을 기반으로 하되, 계절적 대표성을 확보하기 위해 5월(봄철)과 11월(가을철)을 기준월로 선정하여 상세 발전 특성 분석을 수행하였다.
2.2 실증모델 정의
본 연구에서는 총 네 가지 태양광 발전 시스템을 실증 비교하기 위해 남향 고정경사형(Ref-S), 박공지붕 동서향 이중경사형(EW-11-R), 평슬라브 동서향 이중경사형(EW-20-F), 평슬라브 수직형(EW-90-F) 모델을 구축하였다. 각 모델은 설치 환경(박공지붕/평슬라브), 경사각(30°, 11°, 20°, 90°)이 상이하도록 설계하여 설치 형태별 발전특성 및 피크 분산효과 차이를 비교할 수 있도록 구성하였다. 각 실증 모델의 주요 설치정보는 Table 1과 Fig. 2에 정리하였다.
Table 1
System configuration by demonstration model
본 연구에서 사용된 태양광 모듈 및 인버터의 주요 사양은 Table 2에 정리하였다. 남향 고정형에는 한화큐셀사의 144셀 기반 460 W 양면형 모듈(크기 2163 × 1030 × 35 mm, 정격효율 20.6%)을 적용하였다. 박공지붕 및 평슬라브에 설치된 동서향 이중경사형에는 SG에너지사의 96셀 기반 460 W 양면형 모듈(크기 2010 × 1363 × 35 mm, 정격효율 16.79%)을 사용하였다. 수직형에는 동일 제조사의 22셀 기반 103 W 소형 양면형 모듈(크기 992 × 525 × 6 mm, 정격효율 14.63%)을 사용하여 수직 배치에서의 양면 수광 특성과 발전 패턴을 실증적으로 분석할 수 있도록 하였다.
Table 2
Specifications of PV modules and inverter used in the demonstration systems
모든 실증 모델은 동일한 22 kW 계통연계형 인버터를 사용하였으며, 각 경사각별 어레이는 독립된 2채널 MPPT를 통해 운영되도록 구성하였다. 이는 서로 다른 일사 조건을 받는 어레이가 하나의 MPPT에 연결될 경우, 전압ㆍ전류 특성 차이로 MPP 추종이 왜곡되고 전체 출력이 저하될 수 있기 때문이다. 독립 MPPT 구성을 통해 각 어레이는 개별적인 최대출력점을 안정적으로 추종할 수 있으며, 배열 방식이나 경사각 차이에 따른 발전 성능을 전기적 미스매치를 방지하였다.
또한 박공지붕과 평슬라브 지지구조의 구조적 차이가 발전 성능에 미칠 수 있는 잠재 영향으로는 첫째, 박공지붕 구조는 지붕 하부 공간이 개방되어 자연 통풍이 상대적으로 원활한 반면, 평슬라브 지붕은 구조물 하부의 공기 흐름이 제한될 수 있어 모듈 후면 온도 상승 가능성이 존재한다. 이러한 열환경 차이는 모듈의 출력 특성에 영향을 미칠 수 있는 요소이다. 둘째, 지붕 형상과 지지구조 차이에 따라 모듈 간 음영 형성 가능성과 후면 반사 조건에도 차이가 발생할 수 있으며, 본 실증 시스템에서는 구조물에 의한 음영을 최소화되도록 설계하였다. 셋째, 양면형 모듈 특성을 고려하여 후면 수광 조건을 시뮬레이션 분석 결과 모듈간격의 영향이 미미하여 시공성과 심미성을 고려해서 모듈간의 간격을 200 mm로 통일하여 이격거리를 설계하였다.
2.3계측장비의 구성
발전 성능과 환경 조건을 정밀하게 비교하기 위해 표준화된 계측 시스템을 구축하였다. 발전량은 각 인버터 계측값을 기반으로 1분 간격으로 데이터를 수집하였다. 일사 조건의 영향을 정량적으로 평가하기 위해 수평면, 경사면, 수직면 일사량을 각각 측정할 수 있도록 일사량 센서를 태양광 모듈 경사각과 동일하게 설치하였다. 수평면 일사량은 지역 대표 일사 조건을 파악하기 위해 기준 지표로 활용하였으며, 경사면 및 수직면 일사량은 설치 경사각 및 배열 방향에 따른 유효 일사량 차이를 분석하는데 사용하였다. 이를 통해 동일한 기상 조건하에서 배열 방식에 따른 수광 특성 차이를 해석할 수 있도록 하였다.
또한 모듈 표면 온도와 주변 기온을 동시에 측정하여, 모듈 온도 상승에 따른 출력 저하(온도계수 효과)가 발전량에 미치는 영향을 고려하였다. 특히 계절별 및 시간대별 발전량 비교 시, 단순 일사량 변화 뿐 아니라 온도 조건이 발전 성능에 미치는 영향을 함께 해석할 수 있도록 계측 항목을 구성하였다.
수집된 데이터는 이상치 및 결측치 검증을 거쳐 분석에 활용하였으며, 급격한 출력 변동이나 센서 오류로 판단되는 데이터는 사전 필터링 과정을 통해 제거하였다. 이러한 계측 구성은 발전량과 환경 변수 간의 상관관계를 체계적으로 분석하고, 실증 모델 간 발전성능 차이를 정량적으로 평가하기 위한 기초 데이터로 활용되었다.
2.4 분석항목
본 연구는 동서향 배열 방식과 경사각 변화가 태양광 시스템의 발전 특성에 미치는 영향을 정량적으로 규명하기 위해 체계적인 성능 분석을 수행하였다. 이를 위해 각 실증 모델의 월간 발전량을 산정하고, 남향 고정형 시스템 대비 상대 발전량을 비교하여 배열 방식에 따른 출력 특성의 변화를 평가하였다. 또한, 실증 기간 중 출력제한이 빈번하게 발생하는 봄철과 가을철 중심으로 분석 월을 선정하였으며, 그중 5월과 11월을 대표 월로 설정하였다. 대표일은 수평면 일사량의 일중 변동이 안정적이며 강우가 없고 급격한 일사 변동이 관측되지 않은 맑은 날을 기준으로 선정하였다. 경사각 변화가 계절별 발전 패턴 및 출력 분포에 미치는 영향을 추가적으로 검토하였다.
또한, 각 모델은 지붕 면적과 모듈 사양의 차이로 인해 설치 용량이 상이하다. 따라서 절대적인 발전량 수치만으로는 시스템 간의 성능을 직접 비교하는데 한계가 있다. 설치 용량 차이에 따른 영향을 배제하고 배열 구조 자체에 따른 발전 특성을 비교하기 위해 다음과 같은 정규화된 지표를 분석 기준으로 설정하였다.
(1) 발전설비이용률(Capacity Factor)을 통한 장기 운영 성능 평가
발전설비이용률은 일정 기간 동안의 실제 발전량을 동일 기간 정격 출력 기준 발전량으로 나눈 값으로 정의하였으며, 배열 방식 및 경사각 변화에 따른 장기 운영 성능을 비교하기 위한 지표로 활용하였다.
(2) GCR (Ground Coverage Ratio)에 따른 단위면적당 발전량 변화 분석
GCR은 설치 면적 대비 모듈 면적의 비율로 정의되며, 식(1)과 같이 계산된다. 제한된 지붕 또는 부지 조건에서 배열 방식에 따른 공간 활용 효율을 평가하기 위한 핵심 지표이다. 본 연구에서는 GCR에 따른 단위 면적당 발전량(kWh/m2)을 산정하여, 동서향 배열 시스템의 면적 효율 측면에서의 발전 특성을 분석하였다.
(3) 5월 및 11월의 시간대별 발전 기여도 비교를 통한 피크 분산효과 평가
5월과 11월을 대상으로 시간대별 발전량 비중을 산정하여, 동서향 배열 방식이 남향 배열 대비 발전 피크 시점을 분산시키는 효과를 정량적으로 평가하였다.
이와 같은 분석 체계는 동서향 태양광 시스템의 구조적 및 계절적 성능 특성을 계량적으로 도출하고, 남향 중심 설치 방식 대비 시간대별 발전 분포 및 공간 활용 측면에서의 잠재적 이점을 규명하기 위한 근거를 제공한다.
3. 연구결과
본 장에서는 실증 모델을 대상으로 수집된 발전량·일사량·환경 데이터를 기반으로, 동서향 배치 방식과 경사각 변화가 발전 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 분석은 월간 발전량 및 발전설비이용률, GCR 기반 설치 효율을 중심으로 수행하였으며, 출력 제한이 빈번하게 발생하는 봄철과 가을철의 시간대별 발전 특성에 대한 분석을 위해 5월과 11월을 분석 대상 월로 선정하였다. 대표일을 수평면 일사량의 일중 분포가 안정적인 맑은 날을 기준으로 선정하였으며, 이를 통해 배열 방식에 따른 피크 분산효과를 중심으로 분석하였다.
(1) 발전설비 이용률 분석 결과
5월과 11월의 발전설비 이용률을 비교한 결과는 Table 3과 같다. 두 시기의 태양고도와 일사 패턴 차이에 따라 설치 경사각과 배치방향의 영향이 나타났다. 5월에는 태양고도가 높아 하루 동안 일사량이 폭넓게 확보되며, 동서향 설치 구조는 오전과 오후 시간대의 발전이 상대적으로 확대되는 특성이 나타났다. 이에 따라 남향 모델과 동서향 11° 모델의 이용률은 각각 19.1%, 20.6%로 산정되어 남향보다 1.5%p 높게 나타났다. 이는 봄철의 높은 태양고도 조건에서 동·서측 모듈이 장시간 일사에 노출되며, 시간대별 발전이 고르게 분포된 결과로 분석되었다.
Table 3
Comparison of capacity factors by demonstration model
| Model type | Installed capacity (kW) | May capacity factor (%) | November capacity factor (%) |
| Ref-S | 11.04 | 19.1 | 15.40 |
| EW-11-R | 14.72 | 20.6 | 10.81 |
| EW-20-F | 12.88 | – | 10.96 |
| EW-90-F | 11.12 | – | 10.05 |
반면 11월에는 태양고도가 크게 낮아지고 일사량이 정오 부근에 집중되는 계절적 특성으로 인해, 남향 고정형의 경사면이 보다 유리하게 작용하였다. 그 결과 남향 모델의 이용률은 15.4%로 가장 높게 산정되었으며, 동서향 모델들은 각각 10.81%, 10.96%로 5월 대비 상대적인 감소를 보였다. 이는 가을철 낮은 태양고도조건에서 동·서향 구조의 일사 수광이 불리해지고, 남향 면이 정오 일사 수광에 상대적으로 유리해지는 계절적 영향이 반영된 것으로 판단된다.
종합하면 발전설비 이용률은 계절별 태양고도와 일사 분포 변화에 반응하며, 설치 구조에 따라 시기별 발전 효율은 달라질 수 있음을 확인하였다. 따라서 5월과 11월의 분석은 설치 형태와 경사각의 특성을 비교하는 데 유용하나, 발전성능을 판단하기 위해서는 장기간 데이터를 바탕으로 한 연간 분석이 필수적이다.
(2) GCR을 고려한 발전량 증가량 산정 결과
실증 타입 별 GCR 분석 결과는 Table 4에 정리하였다. 배열 방식과 경사각 차이가 면적에 따른 설치 용량 및 면적당 발전량에 영향을 확인하였다. 남향 고정형은 경사각으로 인해 음영 방지를 위한 이격거리가 필요하였으며, 이에 따라 GCR은 47.7%로 가장 낮게 형성되었다. 반면, 동서향 이중경사형은 각각 11°와 20°의 낮은 경사각을 적용함으로써 모듈 간 이격을 최소화할 수 있었고, GCR은 각각 80.0%, 88.0%로 남향 대비 1.7 ~ 1.8배 높게 형성되었다. 평슬라브 수직형은 모듈 간 음영 방지를 위한 이격거리로 인해 GCR이 38.9%로 가장 낮았다.
Table 4
Ground coverage ratio (GCR), installed capacity density, and area-based energy yield
GCR 향상은 설치 밀도뿐만 아니라 일일 기준 면적당 발전량(Wh/m2/day) 증가로도 이어졌다. 5월 맑은날 기준 면적당 발전량은 동서향 이중경사형(11°)이 0.6624로 남향(0.4522) 대비 46.5% 증가하였으며, 11월에는 동서향 이중경사형(20°)가 0.3833으로 남향(0.3644) 대비 5.2% 증가하였다. 반면 수직형은 낮은 설치밀도로 인해 면적당 일일 발전량이 상대적으로 낮게 분석된다.
이러한 구조적 차이로 인해 동서향 이중경사 방식은 건물의 방위가 남향과 일치하지 않는 경우에도 동일 면적에서 설치 용량 확보 및 공간 활용성 측면에서 유리한 배치 방식으로 평가된다. 다만, 면적당 발전량은 계절별 태양고도와 일사 분포의 영향을 크게 받으므로, 특정 계절 또는 단기간 데이터만으로 연간 발전 성능의 우수성을 일반화하기에는 한계가 있다.
(3) 춘추절기(5/11월) 피크 분산효과 분석 결과
5월의 피크 분산효과 분석 결과는 Table 5와 Fig. 3에 제시하였다. 출력제어 이력을 기반으로 출력제한이 집중되는 시간대(11 ~ 14시)를 분석 기준 구간으로 선정하였다. 남향 고정형은 해당 구간에 전체 일발전량의 38.72%가 집중되는 전형적인 정오 피크 특성을 나타냈다. 반면, 동서향 이중경사형은 동일 시간대 발전 비중이 35.72%로 감소하여, 남향 대비 3.00%p의 절대 감소폭을 보였으며 이는 약 7.74%의 상대적 감소율에 해당한다. 이는 동서향 배열에서 해당 시간대의 절대 발전량이 감소하였다기보다는, 동일 일발전량 내에서 발전이 오전 및 오후 시간대로 재분배되었음을 의미한다. 따라서 본 연구에서 제시한 상대 발전비중 감소는 발전량 손실보다는 시간대별 출력 집중 완화에 따른 분포 변화로 해석할 수 있으며, 계통 관점에서는 정오 시간대 출력 급증을 완화하는 효과로 분석된다.
Table 5
Comparison of peak-period generation shares between south-facing and east-west systems
또한 동서향 이중경사 11° 모델은 오전(06 ~ 11시)과 오후(14 ~ 19시) 시간대의 발전 기여도가 각각 1.16%p (상대 3.48%), 3.12%p (상대 11.7%) 증가하여, 발전량이 정오 중심에서 벗어나 오전과 오후 시간대로 분산되는 경향을 보였다. 이러한 패턴은 5월과 같은 남중고도(73°)가 높은 조건에서 동서향 구조가 태양의 동·서 이동 경로에 따라 수광 시간이 확장되기 때문으로 해석되며, 결과적으로 발전 곡선의 평탄화를 유도하는 효과가 확인되었다.
이와 같은 분석 결과는 동서향 이중경사 구조가 남향 고정경사형 대비 출력제어이 집중되는 출력제한 집중 시간대(11:00 ~ 14:00)에서 발전 집중도를 저감하는 구조적 이점을 지님을 의미한다.
11월 피크 분산효과 분석 결과는 Table 6과 Fig. 4에 제시하였다. 남향 고정형은 11 ~ 14시 구간에 전체 발전량의 약 51.21%가 집중되며 정오 피크 패턴을 나타냈다. 또한 동서향 이중경사 배열의 경우, 11 ~ 14시 발전 비중은 각각 51.10%, 50.80%로 남향 대비 0.1 ~ 0.4% 수준의 경미한 차이를 보였다. 이는 11월의 낮은 태양 남중고도(32°) 및 남쪽 방향 근처에서 제한적으로 이동하는 특성과 밀접한 관련이 있다. 낮은 태양고도 조건에서는 동에서 서 방향으로의 방위각 변화 폭이 작기 때문에, 동서향 배열이 정오 시간대에 확보할 수 있는 유효입사량의 차이가 제한적으로 나타난 결과로 해석된다. 그 결과, 5월과 같이 태양고도가 높은 조건에서 관찰된 동서향 배열의 뚜렷한 피크 완화 효과는 11월에는 상대적으로 감소하는 경향을 보인다.
Table 6
Comparison of hourly generation contribution by Time block
그러나 경사각 증가에 따른 분산효과는 명확하게 나타났다. 수직형 시스템은 11 – 14시 구간에 발전 비중이 37.31%로 남향 대비 13.9%p 낮게 나타났다. 이는 남향 배열의 동일 시간대 발전 비중(51.21%)을 기준으로 산정한 상대 감소율로 약 27%의 피크 완화율에 해당하며, 본 연구 대상 중 가장 강한 피크 분산효과를 보였다. 특히, 수직형 배열은 발전 최대치가 정오(12 ~ 13시)가 아닌 13 ~ 15시(오후)로 이동하여, 발전 피크 자체가 구조적으로 오전·오후 시간대에 재배분되는 특징을 나타냈다. 이러한 결과는 경사각이 증가할수록 오전과 오후의 상대 수광비중이 증가하고 정오 시간대 일사량 의존성이 감소함을 의미한다. 다만, 수직형 시스템의 높은 피크분산효과는 발전량 및 공간 활용성과의 상충관계가 존재한다. 따라서 수직형 시스템은 발전량 극대화 목적보다는 피크 부하 저감이 토지의 이중 활용이 필요한 특수 목적 입지에 적합한 모델로 판단된다.
요약하면, 11월과 같이 남중고도가 낮은 계절에서는 동서향 이중경사 배열의 피크 완화 효과가 제한적으로 나타나지만, 경사각이 커질수록(특히 수직형) 발전 패턴이 정오 중심에서 벗어나 오전과 오후 시간대로 분산되며, 구조적으로 높은 피크 이동·분산 성능을 발휘하는 것을 확인할 수 있다. 이는 계절별 태양고도에 따라 피크 분산효과의 크기가 달라질 수 있음을 시사한다.
4. 결 론
본 연구는 박공지붕과 평슬라브 지붕에 설치된 동서향 태양광 시스템을 대상으로, 설치 형태 및 경사각 변화가 발전특성과 피크 분산효과에 미치는 영향을 실증데이터를 통해 분석하였다. 발전데이터는 박공지붕 모델의 경우 2025년 4월부터, 평슬라브 모델의 경우 2025년 7월부터 수집하였으며, 계절적 대표성을 고려해 5월과 11월 데이터를 중심으로 분석하였다. 다만, 본 연구는 적설량이 많은 동절기 데이터가 제외된 특정 기간의 실증 분석 결과이므로, 연간 발전량 예측이나 다른 기후 조건으로의 일반화에는 한계가 존재한다.
발전설비이용률 분석 결과는 5월에는 남향 고정형 대비 동서향 모델이 높은 이용률(남향 19.1%, 동서향 20.6%)을 나타내어 남중고도 73° 조건에서 동서향 배열의 이점이 확인되었다. 반면 11월에는 남중고도가 32°로 낮아짐에 따라 패널의 방향에 따른 일사량 차이로 인해 박공지붕 동서향 이중경사형·평슬라브 동서향 이중경사형·수직형의 이용률이 각각 10.81%, 10.96%, 10.05%로 나타났으며 남향(15.4%) 대비 상대적으로 낮아지는 경향을 보였다. 이는 계절별 태양경로 변화가 경사각과 설치 구조가 서로 다른 입사각 조건에 따른 유효 일사량을 형성한 데에서 기인하는 것으로 판단된다.
GCR 분석에서는 동서향 구조가 동일 지붕 면적 기준으로 남향 고정형보다 더 큰 설치용량을 확보할 수 있음을 확인하였다. 박공지붕 동서향 이중경사형과 평슬라브 동서향 이중경사형는 남향 모델 대비 각각 136%, 149%의 용량을 설치할 수 있었으며, 이는 낮은 경사각에 따른 모듈 간 이격거리 축소로 공간 활용성이 향상된 결과이다. 이러한 특성은 건물 방위가 남향과 일치하지 않는 경우에도 동서향 배열이 설비 용량 확보 및 공간활용 측면에서 유리함을 시사한다.
피크 분산효과 분석 결과, 5월과 같은 고태양고도 조건에서는 동서향 모델이 남향 고정형 대비 출력제어 집중 시간대(11 ~ 14시)의 발전 집중을 완화하였다. 5월 대표일 기준 박공지붕 동서향 이중경사형은 정오 구간 발전 비중이 남향 대비 3.00%p 감소(상대 7.74%)하였으며, 오전·오후 발전 비중도 각각 1.16%, 3.12% 증가하여 발전곡선의 평탄화가 확인되었다. 반면 11월에는 태양고도가 낮아짐에 따라 박공지붕과 평슬라브 동서향 이중경사형의 분산효과는 제한적(0.11 ~ 0.41%p)으로 나타났으며, 수직형에서만 13.90%p 감소(상대 27.14%)와 같은 피크 완화효과가 확인되었다. 특히 수직형은 최대 출력 발생 시점이 남향 대비 약 1.5 ~ 2시간 지연되어, 발전 피크가 구조적으로 오후 시간대로 이동하는 특징을 보였다.
이러한 실증 분석 결과는 경사각이 증가할수록 오전·오후 수광 비중이 확대되어 정오 중심의 발전 집중이 구조적으로 완화되는 반면, 하루 총 발전량 감소라는 상충관계가 존재함을 보여준다. 본 연구에서 확인된 피크 분산 특성은 대표일 기반 분석 결과에 한정되며, 특정 계절과 운전 조건에서의 발전 분포 변화를 설명하는데 의미를 갖는다. 그럼에도 동서향 배열은 건축물 지붕과 같이 면적 제약이 큰 설치 환경에서 설비용량 확보 측면에서 이점을 보였고, 출력제어가 집중되는 시간대의 발전 집중도를 완화하는 분산 효과를 확인하였다.
향후 연구에서는 시간대별 발전 분포 특성을 보다 확장된 관점에서 검토할 필요가 있다. 특히 연중 다양한 태양고도 및 기상 조건을 포함하는 장기 실증 데이터를 축적함으로써, 동서향 및 수직형 배열의 발전 패턴과 피크 분산 특성이 계절별로 어떻게 변화하는지를 보다 체계적으로 분석할 수 있을 것이다. 또한 양면형 모듈의 후면 입사 성분과 열적 거동을 함께 고려한 분석을 통해, 경사각 및 배열 구조에 따른 발전 경향을 보다 정밀하게 해석하는 연구가 요구된다.
아울러 본 연구에서 제시한 시간대별 발전 분포 분석 결과를 실제 계통 운영 자료와 연계하여, 실제 출력제어 발생일과의 상관성을 검증하는 연구가 수행된다면, 배열 방식에 따른 피크 분산효과의 실효성을 보다 정량적으로 평가할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 분석은 출력제어가 발생한 날과 비발생일 간의 발전 분포 차이를 비교함으로써, 건축물 기반 태양광 설계 기준, 적정 경사각 도출, 그리고 계통 부담 완화 전략수립을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
