표준 TMY 기상자료, 태양광 요소기술

1. 표준 TMY 기상자료(Typical Meteorological Year Data : TMY)

 

지역의 태양에너지 자원을 기술하는 가장 흔한 방법은 소위 TMY 데이터를 이용하는 것이다. TMY 데이터를 결정하기 위해서는 지방의 기후에 관한 실제 데이터를 축적하기 위해 수년 동안 시간별로 다양한 기후요소를 측정하여야 한다. 

 

연간 데이터를 단순히 평균하는 것은 변화의 폭을 과소평가할 수 있어서 가장 대표적은 값으로 월별 데이터를 선택한다. 매월 평균 복사(radiation)와 함께 전체 측정 기간에 걸쳐 평균 복사를 결정한다.

 

 전체 측정 기간동안에 월 평균에 가장 가까운 평균 복사를 가진 달을 그 달의 TMY 데이터로 선택한다. 이 과정을 각 달별로 반복한다. 달별 데이터를 모두 합하면 일년 전체의 시간별 데이터를 얻을 수 있다.

TMY 데이터에 대한 엄밀한 표준은 없고, 사용자가 활용 용도에 맞게 데이터를 조정하여야 한다. 선택 기간에 대해 특별한 주의가 필요하다. 아래는 TMY 원 데이터의 사례로 호주 멜버른에서의 1월 1일 데이터를 보여준다. 파일의 오른 편에 있는 코멘트는 측정과 데이터 형식에 관한 기술이다.

※ TMY2 and TMY3 TMY 데이터에 일관성이 없어서 미국 데이터에 대해서 1994년 TMY2 데이터로, 그리고 다시 TMY3 데이터로 2008년 개정했다.

 

 

 

 

TMY 데이터는 매우 다양한 기상 분야에 활용되기 때문에 많은 기상요소들을 포함하지만 태양광용으로는 많은 기상요소들이 필요 없다. 여러 기상요소들 중에서 항상 시간과 일조량(irradiation) 수치만 이용된다. 그러나 좀 더 개선된 모델은 온도와 풍속도 이용한다.

 

 

⦁ Month는 연 중의 달로서, January = 1, December = 12.
⦁ Day는 특정 달 중의 날의 수이다. 모든 달들이 같은 값을 가지지 않는다.
⦁ Hour는 24시간으로서의 하루의 시간으로, 위 테이블은 하루 전체를 커버한다. 데이터는 시간의 평균으로, 각 데이터의 30분전부터 30분 후까지 커버한다. 그래서 테이블의 첫번째 열은 1월 1일이고 12:30am 에서 1:30am을 커버한다.
⦁ 전체 일조량(Global Irradiation)은 시간 동안에 수평면에 조사되는 에너지의 양이다. 위에 있는 x 100 MJ/hr/m2 단위를 태양광의 단위 kW/m2로 변환하기 위해서는 이를 360으로 나눈다. 일조량이 가장 큰 때는 한낮(midday)이고, 저녁에는 0으로 떨어진다.
⦁ 직달 일조량(Direct Beam Irradiation)은 태양광선에 수직한 면에 조사되는 일조량이나 산란 (diffuse) 복사는 포함하지 않는다. 추적식의 집광형 시스템은 오직 직달 일조량만 본다.
⦁ 온도와 풍속(Temperature and Wind Speed)는 시간에 대해 평균한 것으로, 곱하기 10으로 표시되어 있다.
⦁ Wet Bulb Temperature(WBT)는 축축한 심지로 둘러싸인 습구 온도계가 나타내는 온도이다. WBT 는 증발 양 즉 습도에 따라 dry bulb 온도와는 다르다. 이런 자세한 내용은 일반적으로 태양광용으로 사용되지 않는다.
⦁ Wind Direction은 바람이 불어오는 풍향이다. 북쪽은 00, 동쪽은 04 등이다. 일반적으로 이 역시 태양광용으로는 사용되지 않는다.
⦁ Cloud Cover는 하늘을 커버하는 구름의 비율을 시각적으로 추정한 것이다. 8 단계로 구분하여 구름이 없으면 0, 완전히 구름으로 덮여 있으면 8이다. 일반적으로 이 역시 태양광용으로는 사용되지 않는다.

 

 

태양광에서 흔히 요구되는 또 다른 단위는 산란복사(diffuse radiation)의 양이다. 수평면에 조사되는 분산일조량(diffuse irradiation : Dh)은 아래 식과 같이 전체 일조량(globalirradiation : Gh), 직달 복사 (direct beam tracking radiation : It), 고도(el)로부터 계산할 수있다.

 

 

 

 

 

 

하늘에서의 분산복사는 균일하게 분포되어 있지 않다. 예를 들어 태양 바로 주변의 지역(circumsolar) 은 하늘의 여타 지역에 비해 상당히 더 밝다. 가장 널리 이용되는 모델이 Perez 모델인데, 이는 하늘을 태양 주변 지역(circumsolar) 부분, 수평(horizon) 부분과 나머지 하늘로 구분한다. 이들 영역의 크기와 상대적 세기는 측정한 복사에 최대한 가깝도록 조정하다.

 

 

 

 

참고 문헌
1. 한국에너지기술연구원, 윤경훈, PV CDROM 태양광개론, 2016
2. 한국에너지기술평가원, 송재천, 신재생에너지 백서, 2016

 

 

 

 

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