태양광 발전시스템의 운전특성에 관한 연구

Abstract

현재 에너지 부문의 가장 큰 난제는 화석연료의 한정된 매장량으로 인한 수급 불안과 그 사용에 따른 환경오염이다. 이러한 문제의 심각성은 불안한 국제유가 상황에서 여실히 드러나고 있다. 고유가 상황이 전개 되어가고 있으며, 향후 중국, 인도 등 BRICs 국가 등의 급격한 에너지 수요 증대와 중동지역의 지정학적 위험 등을 감안하여 볼 때 석유의 수급 불안으로 인한 경제적 파장은 점점 더 심각해 질 것이다. 에너지의 97% 이상을 수입에 의존하는 에너지 자원 빈국인 우리나라는 중장기적인 관점에서 전개되어 가는 고유가 상황과 교토의정서 발효 에 따른 온실가스 감축의무 부담 등, 급변하는 에너지 환경에 대하여 에너지 수입선 다변화, 에너지 저소비형 산업구조 구축뿐 아니라 보다 적극적인 해결 방안으로의 대체 에너지원 개발이 절실하다. 대체에너지는 화석연료의 고갈과 온실가스의 배출로 인한 지구 온난화 문제를 해결할 수 있는 유일한 대안으로 인식되고 있으며 태양광발전시스템은 신재생에너지원 중 실용화에 가장 근접되어, 확실한 미래의 대체에너지원으로 그 경제성과 장래성이 입증되고 있으며 우리나라에서도 신재생 에너지 분야 중 가장 활발한 연구와 사업이 진행되고 있다. 현재 지구촌에 태양광 발전이 폭발적인 붐을 이루고 있으며 그 보급 속도 역시 가히 ‘빅뱅’에 비유할 만하다. 그러나 지구온난화와 원전반대의 영향으로 재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있지만 태양, 풍력에너지가 우리의 에너지원을 대체할 수 있을 것인가에 대한 현실 상황은 아직까지 회의적이다. 2005년 한 시민단체가 발표한 전국 태양광발전시설 운영실태 보고서에 따르면 관리, 운영이 심각한 수준으로 발전량이 얼마인지 관리 자체를 하고 있지 않는 등 관리부실이 심각한 상황이며 일평균 유효발전기준시간을 만족시키는 곳은 20% 이하인 것으로 조사되었다. 민간뿐만 아니라 정부기관에서 운영 중인 설비조차 월별, 년별 구간 발전량, 발전량에 따른 발전시간 분석 등은 이루어지고 있지 않고 누적 데이터조차 보유하고 있지 못하고 있는 실정으로, 보급 확대에만 급급한 나머지 더욱 중요한 발전량 모니터링, 효율분석 등에 관한 통합관리는 방치상태에 있어 철저한 관리시스템을 구축 및 제도 개선이 시급한 상황이다. 이에 본 논문에서는 향후 대용량 전원을 대체할 수 있는 분산형 전원으로서의 태양광 발전시스템의 역할 가능성을 검증하고자 국내외 기술개발 및 보급현황을 조사하고 계통연계형 태양광 발전시스템 적용사례의 실증연구를 통하여 시스템 구성요소의 개별 성능에 관한 고찰과 계통연계 운전특성 연구로 분산형 전원이 전력계통에 미치는 영향을 분석하였다. 그리고 기상통계자료를 근거로 발전량을 예측하여 2년간 운영실적을 비교, 일사량과 실제 발전출력의 상관관계를 검증하였으며 일별, 월별, 계절별 발전특성 및 태양광 발전시스템의 실제 운용효율을 분석하였다.; Nowadays, most serious problems in energy situation are limited quantity of reserved-fossil fuel and environmental contamination by its use. The unstable situation of international oil price reflect these kinds of serious situation. Highly increased oil price become sticking and the consideration of both the steep energy demand of BRICs(China, India.....) and the Geo-political risk of Middle East increases the unstable energy situation and it will lead serious economical fluctuation. As an energy-poor country, import its 97% energy consumption from overseas, In mid-long term view, and under the current energy situation of sticking highly increased oil price and the burden of decreasing greenhouse gases with the effectuation of Kyoto Protocol, it is inevitable to develop alternative sources of energy as a positive solution including diversify of energy income line, construction of low-energy-consumable industrial structure. Alternative sources of energy are considered as sole solution for both exhaustion of fossil fuel and global warming caused by emission of greenhouse gases. Especially, Photovoltaic Power Generation System which are practically used and proved its economical and prospect among the New Renewable Energy is now briskly under way of its study and business in our country. Nowadays, Photovoltaic Systems are getting into the spotlight, and the speed of supply can be comparable to that of "Big-Bang". Both Global-Warming and NIMBY-Syndrome for Nuclear Power Plant increasing the interest in Renewable Energy, but it is skeptical about Solar-Power and Wind-Power can be replace current energy-system. According to the "Current Stature of Photovoltaics-System of the whole country" reported by a NGO(Non Government Organization) in 2005, the management situation was extremely serious as like they do not know the capacity of the power-generation. And only 20% of the PV-Systems are satisfy with mean-time-power-generation-hours. Not only IPP(Independent Power Producer) but also government organization do not have such data as like power generation of Monthly, Yearly and generation hours. This meas they are only concentrate on supply of PV-System without monitoring and efficiency analysis. So it is highly recommended that establishment of management-system and reformed the system. Therefore, this paper try to verify the possible role of Photovoltaic Power Generation System as distributed power source which can be alternative of nowadays large capacity power system by studying technical development and practical usage inside and outside of the country. And also studied individual property and effect of distributed power source on the power grid system through the study of operation characteristics of Grid Connected Photovoltaic Generation System and demonstration study on the actually widespread Grid Connected Photovoltaic Generation System. And verified the relationship between anticipated Solar Radiation Quantity which are based on 2 years meteorological observation data and Actual Power Generation. And also analyze actual management efficiency of PV-System including generation characteristic of daily, monthly and seasonal.