방위각 및 모듈 각도에 의한 태양광 발전량의 차이

지붕 태양광은 기존 건축물을 이용한 경우에 해당하므로 REC 가중치를 1.5를 받을 수 있어 수익 측면에서 각광을 받고 있습니다. 일반 나대지에 설치하는 것보다 수익이 높습니다. 다만 구조물의 안정성에 대한 검토가 수반되어야 하므로 일반 태양광 사업자에게 시공을 맡기더라도 반드시 구조 전문가의 검토 의견을 첨부하여 인허가에 활용해야 하는 약간의 귀찮음이 존재합니다.

 

태양광 발전 시스템을 설치할 때 지붕의 방위각과 모듈의 설치 각도는 매우 중요한 포인트입니다. 북반구에 위치하고 이는 우리나라와 일본과 같은 동북아시아의 발전량이 최대인 최적 조건은 『정남향으로 경사각이 30도인 지붕』입니다. 물론 이것은 나대지도 마찬가지입니다.

 

그 이유는 태양의 고도가 최저인 동지를 기준으로 모듈의 설치 각도를 설정하기 때문입니다. 이론적으로 태양의 고도는 하지에 우리나라의 경우 약 75도 정도 되므로 머리 위쪽에 위치하게 되는데 그렇다고 모듈을 눕혀 각도를 작게 하면 발전량이 최대일 것 같지만 태양전지 모듈은 온도에 따른 효율 감소 현상이 발생하게 됩니다. 물론 그렇더라도 여름철 발전량이 최대인 것은 맞지만 통계적으로 동지를 기준으로 모듈을 설치해야 연간 발전량이 최대가 됩니다.

 

연간 합계로 볼 때, 모듈의 경사각을 10도 정도로 눕혔을 때는 여름철에 높은 발전량을 기대할 수 있지만, 겨울철 발전량은 급격히 낮아집니다. 반대로 모듈의 경사각을 30도 정도로 세웠을 때 여름철 발전량은 최대치보다 상대적으로 저하되겠지만 겨울철 발전량이 급격히 증가하게 됩니다. 실제로 다양한 각도로 모듈을 설치해본 실증 데이터를 기반으로 보면 연간 합계는 30도로 세웠을 때 가장 좋다는 연구 결과들이 있어 그에 따라 설치하게 되는 것입니다. 

 

게다가 모듈의 경사각이 30도가 되면 입사각이 매우 커져 모듈과 모듈 사이 간격이 넓어져야 하므로 설치 면적이 커지게 됩니다. 따라서 동지의 태양 고도각인 30도로 발전소의 배치를 설계하게 되면 해당 태양광 발전소 내에서는 구조물과 구조물 사이의 음영, 즉 그림자가 발생하지 않게 됩니다. 그러나 경사각이 낮아질수록 겨울철에 음영이 발생하게 되므로 발전량은 급격하게 감소하게 되는 원리입니다.

 

모듈 경사각을 30도로 고정하고 방위각 별 발전 효율을 대략 도식화한 결과는 다음과 같습니다.

 

방위각 별 발전 효율

태양의 고도가 낮 12시 정도일 때 정남향이고 발전량이 아무래도 최대치이므로 100%로 두고 나머지 방위각 별 발전 효율을 살펴보면 북향으로 설치했을 때 약 63% 가량으로 37%가 저하된다는 의미이고, 동향과 서향은 85%로 약 15%가 저하된다는 의미입니다. 남동향과 남서향으로 약간만 틀어져도 4%의 효율 감소가 발생하게 됩니다. 

 

따라서 지붕의 방위각을 고칠 수는 없는 노릇이니 지붕에 태양광을 설치하고 싶다면 사업을 계획할 때 방위각부터 살펴봐야 합니다. 지붕의 방위각이 어느 정도 괜찮다고 하면 모듈의 경사각을 결정해야 하는데 이것도 지붕의 모양과 경사각에 따라 붙여 설치하는 것이 일반적이니 방위각과 더불어 가장 먼저 고려해야 할 핵심 요소입니다.

 

경사각이 30도인 지붕에서의 발전 효율을 100%라고 생각했을 경우, 20도·40도의 지붕에서도 98% 정도의 발전 효율이 됩니다. 적정한 각도는 위도에 따라 미묘하게 달라집니다. 북으로 갈수록 설치 각도의 경사를 높게, 남으로 갈수록 낮게 하는 등의 조정이 필요합니다. 눈이 많이 오는 지역이라면 눈이 자연적으로 중력에 의해 내려갈 수 있도록 경사각을 높이는 것이 필요합니다.

 

우리나라는 보통 남쪽을 향해 수평에서 30도 정도의 각도로 모듈을 설치하는 것이 가장 좋습니다. 지붕의 형태에 따라서는 각도의 조정이 가능한 경우도 있습니다. 방위각과 비교하면 지붕의 각도가 발전 효율에 미치는 영향은 적다고 생각해도 좋을 것 같습니다.

 

현재는 다양한 지붕 모양에 맞는 패널이 시중에 나와 있습니다. 또, 발전 효율이 좋은 모듈을 선택하는 것도 발전량 확보를 위해 중요한 고려 요소입니다. 

 

가장 중요한 점은 태양광 발전소는 엄연히 발전소이므로 야매(?)로 하시지 말고 반드시 전문가의 상담을 받으셔야 한다는 점입니다.