RESEARCH ARTICLE · PRELIMINARY STUDY
유휴부지 수직 양면형 태양광의
설치 밀도와 발전 생산성
하단 30cm·통로 2m의 동일 부지 비교와 먼지·강우에 따른 5년·10년 발전량
Vertical Bifacial Photovoltaics on Vacant Land:
Installation Density, Land Productivity and Deployment Conditions
청결 발전량, GPU 먼지·강우, 10년 누적 및 ESS·비용을 같은 기하로 재계산했습니다.
00요약
수직형 태양광을 촘촘히 배치하면 같은 땅에서 더 많은 전기를 얻을 수 있는가. 이 질문을 서울 대표 기상년과 1만㎡ 가상 부지에서 검토했다. 남향 30° 경사 단면형과 동서향 수직 양면형에 하단 높이 30cm·통로 순폭 2m를 공통 적용하고, 잡초와 적설은 없는 것으로 두었다. 패널 수와 청결 발전량을 계산한 뒤, Warp의 먼지·빗물 첫 충돌 결과를 가정한 세척식과 연결해 인위적 청소가 없는 5년·10년을 살펴봤다.
수직형은 1,520장·760kWp, 경사형은 1,280장·640kWp로 수직형의 설치 용량이 18.75% 컸다. 알베도 0.20의 청결 연간 발전량은 각각 850.6·1,001.2MWh로 수직형이 15.04% 낮았다. 양쪽 알베도를 0.60으로 높이면 1,033.7·1,009.7MWh로 수직형이 2.38% 높아졌다. 용량당 수율과 부지 전체 생산성을 구분하면 판단이 달라진다.
실측 연구에서는 수직형의 낮은 오염 손실이 보고되었다.[19][20] 그러나 충돌 먼지의 완전부착·바람에 의한 탈락 없음·가정한 강우 세척을 적용한 현재 모형에서는 10년 누적 손실이 경사형 6.12%, 수직형 18.92%로 나왔다. 이 순위는 수직형의 실제 장기 성능을 입증하지 않는다. 침착·부착·재비산을 실측과 대조해야 할 모형 검증 과제다. 10년은 같은 기상년의 반복이며, 무강우는 광학식의 적용 범위를 넘어 5년·10년 발전량을 제시하지 않았다.
주제어수직 양면형 · 설치 밀도 · 지면 반사율 · Warp · 잔류 먼지 · 장기 발전량
01서론
유휴부지에서는 모듈 한 장의 발전량만으로 설치 방식을 고르기 어렵다. 통로를 확보하고 남은 땅에 몇 장이 들어가는지, 그 배열에서 얼마나 생산하는지, 사용 기간 동안 성능을 유지할 수 있는지를 함께 봐야 한다. 수직 양면형은 기존에도 연구된 방식이며, 수익성은 배치와 시간대별 전력가치에 의존한다.[1] 반사면의 효과 역시 처리 범위와 비용을 함께 평가해야 한다.[2]
이 연구는 세 질문을 연결한다. 같은 통로를 확보할 때 수직형에 더 많은 패널이 들어가는가. 그 밀도 이득이 용량당 수율 차이를 상쇄하는가. 비가 와도 남는 먼지가 5년·10년 동안 발전량에 어떤 차이를 만드는가. 자가소비와 ESS는 같은 청결 출력 자료를 이용하는 별도의 시설 적용 사례로 검토한다.
경사형은 단면, 수직형은 양면이다. 따라서 차이를 설치각 하나의 효과로 해석하지 않는다. 두 형식의 전면 정격은 500Wp, 치수는 2.2 × 1.1m로 같게 두었다. 여기서 효율성은 모듈 변환효율이 아니라 설치 용량, kWp당 수율, 부지 전체 발전량과 운영 조건으로 평가한다.
02연구 조건과 계산 방법
대표 조건은 아래 표 하나로 고정했다. 배치·일사·GPU 먼지 및 강우·장기 누적·그림에 같은 기하를 사용한다. 통로 1m와 높이 80cm를 사용했던 이전 대표 결과는 이번 대표안의 수치로 사용하지 않는다.
| 항목 | 설정 |
|---|---|
| 부지 | 100 × 100m; 경계 여유 3m, 중앙 횡단 통로 4m |
| 대표 설치 높이 | 두 형식 모두 모듈 하단 0.30m; 0.50·0.80m 추가 비교 |
| 대표 열 사이 통로 | 점유 띠 바깥의 순폭 2.00m; 열 기준선 간격은 형식별로 다름 |
| 모듈 형식 | 경사 단면 30°·남향 / 수직 양면 90°·동서향 |
| 정격·치수 | 전면 500Wp, 2.2 × 1.1m; 양면계수 0 / 0.80 |
| 지면·장애물 | 잡초·적설 없음; 균일 확산반사, 알베도 0.20·0.40·0.60·0.80 |
| 기상 | 서울 37.56°N, 126.98°E; PVGIS ERA5 TMY 8,760시간 |
| 전력 계산 | pvlib infinite-sheds → Faiman → PVWatts; DC 공통 손실 8%, 인버터 96%, DC/AC 1.2 |
| 장기 오염 | 같은 기상년 10회 반복, 초기 먼지 0.1g/m²/면; 인위적 청소 0회 |
| 강우·먼지 | 농도 10μg/m³, 동서남북 동일 비중; 무강우 또는 14일마다 10mm |
| 분석 구분 | 청결 연간 발전 / 가정한 오염 손실 / 청결 출력 기반 ESS·비용 |
2.1 공간과 전력을 연결하는 방법
열의 가정 점유폭은 max(0.50m, 1.10m × cos θ)다. 수직형은 0.50m, 경사형은 약 0.953m이므로 통로 순폭 2m에서 열 기준선 간격은 각각 2.500m·2.953m가 된다. 0.50m는 가정한 지지대 주변 폭이며 모듈 두께나 확정 기초 치수가 아니다.
pvlib의 infinite-sheds로 전후면 시간별 일사를 구하고 Faiman 온도와 PVWatts 출력식을 적용했다.[3] 경사 단면형의 유효 일사와 온도 입력은 전면, 수직 양면형은 각각 전면+0.8×후면과 전후면 합을 사용한다. 무한열 수율에 유한 부지의 정수 패널 수를 곱하므로 열 끝과 중앙 통로의 국부 광학 효과를 직접 해석하지는 않는다. 이전 RADIANCE 유한 배열 진단은 이번 대표안에서 재실행하지 않았으며, 이번 결과의 검증으로 제시하지 않는다.[4]
Esite = YkWp × Psite
φ = 0 (경사 단면), 0.80 (수직 양면)
2.2 기간과 손실의 구분
청결 상태는 배치 자체의 발전 생산성을 비교한다. 오염 분석은 같은 날씨의 청결 출력과 차이를 구하며, 장비 열화는 0으로 두어 먼지 영향을 분리한다. ESS·비용 분석은 청결 시간별 출력에 연 0.5% 모듈 열화를 적용한다. 세척 계수가 실측 보정되지 않아 그 오염 손실을 금융성 분석의 확정 입력으로 합치지 않았다. 각 결과의 범위는 표와 그림에 명시한다.
2.3 Warp로 계산한 먼지·빗물의 충돌과 잔류량
이 시험의 질문은 같은 먼지와 비가 들어올 때, 배열의 형상 때문에 각 면에 도달하는 양이 얼마나 달라지는가이다. NVIDIA Warp 1.17.0으로 많은 경로와 삼각형의 첫 교차점을 GPU에서 병렬 계산했다. 이후 도달한 물의 양과 가정한 세척식을 연결했다. 공기 흐름을 푸는 CFD나 개별 먼지의 부착력을 계산한 해석은 아니다.
- 배열 생성: 1만㎡ 부지에 수직형 1,520장, 경사형 1,280장을 삼각형으로 구성한다.
- 경로 추적 · GPU: 유입면에서 뽑은 표본이 모듈 앞면·뒷면·지면 중 어디에 먼저 닿는지 센다.
- 물리량 환산: 표본 수에 먼지 농도 또는 수평면 강우량을 곱해 면적당 질량과 물의 양으로 바꾼다.
- 잔류량 · GPU: 면별 강우 노출량에 약부착·강부착 성분의 가정 세척식을 적용한다.
- 장기 발전량 · CPU: 저장된 평균 유입량을 시간별로 누적하고, 질량–투과율 식과 pvlib을 연결한다. 이번 기하로 Warp를 재실행한 뒤, 저장된 계수를 CPU에서 10년간 누적한다. 10년 유동 해석은 아니다.
기하와 입자 경로
좌표는 동쪽 x, 북쪽 y, 위쪽 z이며 계산 영역은 100 × 100 × 4m다. 모듈은 1.1 × 2.2m, 하단 높이는 0.3m이고 순수 통로 폭은 2m다. 모듈마다 삼각형 두 개, 지면에도 삼각형 두 개를 사용했다. 지지대·프레임의 차폐와 유한 두께는 반영하지 않았다. 풍향은 동·서·남·북과 무풍의 다섯 조건이다.
먼지: |v수평| = 1m/s, vz = −0.01m/s
빗물: |v수평| = 3m/s, vz = −5m/s
무풍에서는 수평 성분을 0으로 놓았다. 속도는 외부에서 지정한 일정값이며, 경로는 직선이다. 항력·중력에 따른 가속도, 난류, 패널 주위의 유동 변화는 계산하지 않는다. mesh_query_ray가 반환하는 가장 가까운 교차점과 면의 법선으로 앞·뒷면을 구분하고 충돌 횟수를 합산했다.[10] 한 표본은 실제 먼지 한 알이나 빗방울 하나가 아니라 일정 질량 또는 물의 부피를 대표한다.
충돌 횟수를 먼지량과 강우 노출량으로 환산
Mi = (Ni/N) C Q Δt / Am
Ri = (Ni/N) (Q/|vz|) Rh / Am
Q는 영역으로 들어오는 체적 유량(m³/s), Aj와 nj는 유입면의 면적과 바깥 법선이다. 유입면을 통과하는 유량에 비례해 표본을 배분한다. N은 전체 표본 수, Ni는 특정 모듈 면에 도달한 수, Am은 모듈 면적 2.42m²다. 건식 시험은 C = 100μg/m³를 g/m³로 환산하고 Δt = 3,600s를 적용했다. Mi의 단위는 g/m²다. 강우에서는 수평면 강우량 Rh(mm)를 물의 유입량으로 바꾸고 표면 노출량 Ri(mm)를 얻는다. mm × m² = L 관계를 사용한다.
도달과 잔류는 구분해야 한다. 이 건식 시험은 첫 충돌에서 모두 붙는다고 가정한다. 실제로는 반발·재비산·습도에 따라 순축적량이 달라질 수 있다. Figgis 등의 풍동·현장 연구는 충돌과 최종 축적이 같은 현상이 아님을 보여준다.[11] 여기서 계산한 0 또는 큰 차이를 실제 현장의 무오염이나 우열로 곧바로 해석하지 않는다.
빗물에 의한 제거: 실측 보정 전의 두 성분 모형
Mafter = M₀[(1−f) exp(−klooseR) + f exp(−kboundR)]
먼지를 약하게 붙은 성분과 강하게 붙은 성분으로 나누고, 표면에 도달한 누적 물의 양에 비례해 각 성분이 줄어드는 1차 제거식을 가정했다. 단일 강우 시험은 모든 면을 같은 M₀ = 100mg/m²에서 시작하며, 강부착 비율 f = 0.2 또는 0.7, 세척 계수는 0.25와 0.015mm⁻¹이다. 두 계수를 함께 0.5·1·2배로 바꾸었다. 이 수치는 논문에서 가져온 보편 상수나 현장 측정값이 아니다. 이슬과 고착이 부착을 강화할 수 있다는 연구는 성분을 나눌 필요성을 뒷받침하지만, 여기의 계수나 비율을 검증하지는 않는다.[12]
강우량은 0·0.5·2·5·10·20·40mm를 비교했다. 개별 모듈의 노출량에 세척식을 적용한 후 평균하므로, 단순히 평균 강우량에 지수함수를 한 번 적용한 결과와는 다르다. 표면을 따라 흐르는 수막·전단력·빗방울 충격·화학적 결합·건습 반복에 따른 고착 변화는 풀지 않았다. 장기 계산은 면별 평균값을 사용하는 별도 해상도이며 6.2절에 설명한다.
어디까지 검산했는가
| 검사 | 결과와 범위 |
|---|---|
| 표본과 반복 | 건식·강우 각각 2배치 × 5풍향 × 3시드 × 50만 표본 = 1,500만 경로. 강우 결과 2,520행은 세척 조건까지 조합한 수이며 경로 추적 실행 횟수가 아니다. |
| 독립 교차점 계산 | NumPy의 삼각형 교차 계산과 건식 2,560개, 강우 2,560개 경로의 면 분류가 각각 일치. 전체 표본 수와 유입 물량의 수지도 점검. |
| 단순 기하의 해석값 | 무풍·경사 전면의 강우 노출비: 계산 0.867338, cos 30° = 0.866025. 동풍·수직 전면: 계산 0.600308, 속도비 3/5 = 0.6. 이상적 무풍·수직면은 0. |
| 세척식 구현 | GPU와 NumPy 잔류량의 최대 절대차 1.38 × 10⁻⁵mg/m². 같은 식의 구현 검산이며 세척식의 물리적 타당성 검증은 아님. |
| 표본 수 민감도 | 동풍·10mm·약부착 우세·중앙 계수의 전면 잔류율에서, 50만 표본 3회 평균과 200만 표본 추가 실행의 차이: 수직 0.193%p, 경사 0.114%p. 해당 조건의 점검이며 전체 조건의 신뢰구간은 아님. |
| 계산 환경 | Warp 1.17.0, RTX 4080 Laptop GPU. 동일 조건의 CPU 성능 비교를 하지 않아 가속 배율은 주장하지 않음. |
다음 검증에는 면별 침착량, 강우 전후 잔류량, 투과율과 전력의 동시 관측이 필요하다. 관측으로 세척 계수를 추정한 뒤 별도 기간에 예측 오차를 평가해야 한다. 강우에 따른 세척은 지역과 오염 상태에 의존하며 고정 임계강우량만으로 설명하기 어렵다는 연구도 이 구분을 뒷받침한다.[13] 현재 결과는 GPU 기하 계산과 가정 기반 오염 모형을 연결한 시험이며, 학습한 AI 모델이나 강화학습 결과는 아니다.
03청결 발전량과 반사율
대표 기하와 알베도 0.20에서 용량당 청결 연간 수율은 경사형 1,564.4, 수직형 1,119.2kWh/kWp다. 같은 정격용량이면 수직형이 28.46% 낮다. 이 값은 설치 수량이 서로 다른 부지 전체 발전량과 구분한다.
알베도 0.20에서 0.60으로 높이면 수직형의 용량당 수율은 21.52%, 경사형은 0.84% 증가한다. 경사형의 작은 증가는 전면에 도달한 반사 일사에서 나온다. 수직형의 10시 이전·15시 이후 발전 비중은 32.5·23.3%다. 비중이 크다는 것만으로 절대 발전량이나 수익이 크다고 판단하지 않는다.
| 형식 | 알베도 | 수율 (kWh/kWp·년) | 설치 용량 (kWp) | 부지 발전량 (MWh/년) |
|---|---|---|---|---|
| 경사 단면 | 0.2 | 1,564.4 | 640 | 1,001.2 |
| 수직 양면 | 0.2 | 1,119.2 | 760 | 850.6 |
| 경사 단면 | 0.6 | 1,577.6 | 640 | 1,009.7 |
| 수직 양면 | 0.6 | 1,360.1 | 760 | 1,033.7 |
같은 알베도 0.60에서는 부지 전체 순위가 바뀐다. 수직형 1,033.7MWh가 경사형 1,009.7MWh보다 2.38% 많다. 같은 용량에서는 경사형의 수율이 높지만, 이 부지에서는 수직형의 설치 용량이 더 크기 때문이다. 균일 알베도 0.60은 가정이며 도료의 현장 성능·오염·노화를 검증한 결과가 아니다.
04배치 밀도·간격·설치 높이
100 × 100m 부지에서 사방 3m와 중앙 횡단 통로 4m를 제외한다. 열 방향 45m 구간 두 곳에 각각 20장씩, 한 열에 40장을 배치했다. 수직형과 경사형 모두 같은 모듈 방향과 경계 산정 규칙을 적용하고 배열에 맞춰 통로 방향을 회전했다. 모듈 사이 틈은 0.01m다.
N = 40Nrow, Psite = 0.5N kWp
p = w + 통로 순폭
3m에 가까운 경사형 간격도 통로는 2m다
‘열 간격 2m’를 기준선 간격으로 읽는지 빈 통로의 순폭으로 읽는지에 따라 패널 수가 달라진다. 대표 비교는 통로 순폭 2m다. 기준선 간격 2m를 고정한 값은 정의 차이를 보여주는 대조 조건이다.
| 비교 | 형식 | 기준선 간격 (m) | 통로 순폭 (m) | 열 수 | 패널 수 |
|---|---|---|---|---|---|
| 통로 순폭 2m | 수직 양면 | 2.500 | 2.000 | 38 | 1,520 |
| 통로 순폭 2m | 경사 단면 | 2.953 | 2.000 | 32 | 1,280 |
| 기준선 간격 2m | 수직 양면 | 2.000 | 1.500 | 47 | 1,880 |
| 기준선 간격 2m | 경사 단면 | 2.000 | 1.047 | 47 | 1,880 |
| 하단 높이 | 경사형 수율 | 수직형 수율 |
|---|---|---|
| 0.30m | 1,564.402 | 1,119.234 |
| 0.50m | 1,564.402 | 1,119.233 |
| 0.80m | 1,564.402 | 1,119.232 |
30cm는 대표 가정이며 최적 높이를 뜻하지 않는다
잡초와 적설은 없는 것으로 가정했다. 30·50·80cm를 같은 조건에서 다시 계산했지만, 현재 무한열·균일 반사면 모형의 수율 차이는 수치 분해능에 가까운 수준이다. 이를 근거로 실제 높이 영향이 없다고 결론 내릴 수 없다. 유한 배열의 가장자리, 반사면의 실제 범위와 재질, 흙 튀김, 표면 배수와 구조·배선 조건을 반영해야 최적 높이를 검토할 수 있다.
제조사에는 하단 37cm 제품과 60–80cm 제품이 모두 있다.[16][17] 국내 공통 최소높이로 30cm를 확인한 것은 아니다. 적용 사업의 시공기준·지역 조건·선정 제품 지침을 확인해야 하며, 높이 가정은 시공 승인이나 구조 검증을 대신하지 않는다.[18]
설치 용이성은 설치·철거 인·시간, 기초와 토공량, 장비 접근, 복구비로 검증할 항목이다. 이 연구에는 시공 실측이 없으므로 패널 수의 증가를 공사비 절감으로 치환하지 않았다.
05자가소비·ESS의 10년 적용 사례
대표안의 청결 시간별 출력을 사용해 하루 평균 100kWh의 가상 시설을 다시 계산했다. 1만㎡ 설비 전체를 이 작은 부하에 연결한 계산은 아니다. PV는 0–100kWp, ESS는 0–200kWh의 후보를 비교하고 계통 구매만 하는 안도 포함했다. 실제 시설 수요와 계통 접속 자료가 없는 예비 적용 사례다.
주간 부하는 08–18시 가중치 1, 나머지 0.1로 연간 36,500kWh에 맞췄다. PV 직접 공급 → 남는 전력으로 충전 → 잉여 판매, 부족하면 ESS 방전 → 계통 구매 순서다. SOC 10–90%, 왕복 효율 90%, 출력은 2시간·4시간 방전 정격이다. 가격 최적화나 정전 운전은 포함하지 않는다.[5]
10년 동안 PV 연 0.5%, ESS 연 2%와 등가완전사이클당 0.004%의 용량 손실을 가정하고 ESS SOH 70% 미만이면 다음 연도에 교체한다. 할인율은 5%, 전력 구매·판매는 180·80원/kWh다. PV 140만원/kWp, ESS 40만원/kWh와 PCS 20만원/kW 등을 가정했다. 반사면 처리비는 형식별 실제 계산 간격에서 구한 반복면적에 적용했다. 비용 항목 구분은 ATB를 참고하되 가격은 현장 견적이 아니다.[6]
| 목표 | 형식 / 알베도 | PV kWp | ESS kWh / kW | 최저 연간 충당률 | 계통만 대비 비용 |
|---|---|---|---|---|---|
| 50% | 경사 단면 / 0.20 | 20 | 0 / 0 | 64.1% | 255만원 절감 |
| 80% | 경사 단면 / 0.20 | 30 | 25 / 6.25 | 83.9% | 1,437만원 추가 |
| 95% | 경사 단면 / 0.20 | 75 | 50 / 12.5 | 96.7% | 5,218만원 추가 |
| 50% | 수직 양면 / 0.60 | 20 | 0 / 0 | 62.1% | 295만원 추가 |
| 80% | 수직 양면 / 0.60 | 30 | 25 / 6.25 | 83.7% | 2,208만원 추가 |
| 95% | 수직 양면 / 0.60 | 75 | 50 / 12.5 | 96.8% | 7,097만원 추가 |
80% 목표에서는 두 형식 모두 30kWp PV와 25kWh ESS가 선택되었다. 수직형이 ESS 용량을 줄인다는 결과는 나오지 않았다. 가정한 비용과 한정된 후보의 결과이며, 설비 가격·실제 요금·부하가 바뀌면 선택도 달라진다. 청결 발전, 오염, 비용을 모두 하나의 ‘최종 효율’ 숫자로 합치려면 관측에 근거한 오염 계수와 청소 비용이 추가로 필요하다.
06먼지·강우와 장기 발전량
6.1 새 기하로 다시 수행한 Warp 시험
하단 30cm·통로 2m의 모듈 기하로 건식 1,500만 경로와 강우 1,500만 경로를 GPU에서 다시 추적하고, 강우 표본 수 점검에 400만 경로를 추가했다. 개별 모듈 면의 강우 노출량에 세척식을 먼저 적용한 뒤 평균했다. 모든 면의 초기 100mg/m²는 세척 효과를 비교하기 위한 통제 조건이며 건식 시험의 누적 결과가 아니다.
| 표면 | 닿은 비 mm | 약부착 우세 잔류 % | 강부착 우세 잔류 % |
|---|---|---|---|
| 수직 전면 | 6.00 | 36.41 | 70.77 |
| 수직 후면 | 0.00 | 100.00 | 100.00 |
| 경사 전면 | 8.67 | 26.92 | 64.97 |
| 경사 후면 | 0.00 | 100.00 | 100.00 |
같은 강우량에서도 면의 방향에 따라 닿는 물의 양이 다르다. 잔류 질량 비율을 발전 손실률로 직접 치환하지 않는다. 풍향·강우량·부착 조건을 바꿔 보는 전체 표와 상세 계산 방법을 함께 제공한다.
수직형의 낮은 오염과 현재 모형의 차이
수직면에는 중력 침강이 직접 기여하기 어렵고, 실제 관측에서도 낮은 오염 손실이 보고된다. Bhaduri와 Kottantharayil의 뭄바이 실험에서는 수직 양면형의 오염 손실이 거의 없었고,[19] Raina와 Sinha의 실험에서도 수직 설치의 낮은 손실을 보고했다.[20] 이 결과를 모든 지역의 고정 손실률이나 10년 값으로 옮겨 쓰지는 않는다.
현재 Warp 계산에서도 동서남북 풍향을 같은 비중으로 평균한 앞면 도달량은 경사형 5.319, 수직형 4.358mg/m²·h로 수직형이 약 18.1% 작다. 먼지 농도 100μg/m³·풍속 1m/s·침강속도 0.01m/s·완전부착 가정의 앞면 면적당 값이며 양면 합계나 실측 감소율이 아니다. 무풍의 이상적인 수직면 도달량은 0이다.
반면 장기 계산에서는 수직면의 강우 노출이 작다는 효과가 강해 더 큰 손실이 나온다. 충돌 확률과 실제 잔류 확률을 같게 두고 재비산·중력 탈락·이슬에 의한 고착 차이를 생략했으므로, 이 값으로 실제 수직형이 더 더럽거나 불리하다고 판단할 수 없다. 풍동 실험도 표면에 충돌한 입자와 최종 남은 입자가 다름을 보여준다.[11]
후속 검증: 면별 도달량 → 부착 확률 → 바람·중력에 의한 탈락 → 강우 제거를 구분하고, 순축적량과 투과율을 관측값에 맞춰 검증해야 한다. 현재 그래프는 이 보정 전의 가정 민감도 분석으로 읽는다.
6.2 청소 없이 5년·10년 운전한다면
같은 대표 기하에서 얻은 먼지 유입량과 강우 노출량을 사용했다. 초기 먼지는 면마다 0.1g/m², 농도는 10μg/m³, 새 먼지의 강부착분은 70%다. 강우는 14일마다 10mm씩 10년간 260회 또는 전혀 없는 경우다. 두 먼지 성분을 각각 보관하고 침착 → 강우 제거 → 전력 계산을 반복한다. 해가 바뀌거나 비가 와도 잔류량을 0으로 되돌리지 않는다.
잡초·적설 없음 · 같은 기상년 10회 반복 · 장비 열화 0. 먼지의 영향만 비교하는 가정 시나리오다. 10년 관측 예측이 아니며, 강우 일정은 TMY 일사·기온과 별도로 지정했다.
| 형식 | 기간 | 청결 기준 | 무강우 | 주기적 강우 |
|---|---|---|---|---|
| 경사 단면 | 1년 | 1,564.4 | 1,374.6 (12.13%) | 1,489.0 (4.82%) |
| 경사 단면 | 5년 | 7,822.0 | NA | 7,355.1 (5.97%) |
| 경사 단면 | 10년 | 15,644.0 | NA | 14,686.7 (6.12%) |
| 수직 양면 | 1년 | 1,119.2 | 998.9 (10.76%) | 1,033.6 (7.65%) |
| 수직 양면 | 5년 | 5,596.2 | NA | 4,684.1 (16.30%) |
| 수직 양면 | 10년 | 11,192.3 | NA | 9,074.3 (18.92%) |
주기적 강우에서 10년 누적 오염 손실은 경사형 6.12%, 수직형 18.92%다. 각 면에 닿는 비와 가정한 세척 계수의 영향이 이어진 결과이며, 어떤 지역에서도 비가 오면 경사형이 더 유리하다는 뜻은 아니다. 이 표는 알베도 0.20 조건이므로 알베도 0.60의 청결 부지 비교와 혼합하지 않는다.
Geff = TfrontGfront + φTrearGrear
M은 g/m²다. HSU의 질량–투과율 관계만 사용하고, HSU의 침착식이나 강우 후 완전 초기화는 사용하지 않았다.[8] 전후면 일사를 각각 보정하고 시간별 AC 출력을 다시 구한다.[9] 먼지 성상에 따른 투과 손실을 측정한 연구가 있지만, 현재 수직면·후면에 맞춘 실험 보정은 없다.[14]
광학식의 적용 질량 범위는 0–10g/m²로 제한했다.[15] 무강우 중앙 가정은 경사형 약 2.12년, 수직형 약 2.59년에 이를 넘는다. 범위 밖의 시간이 포함된 연간·누적 합계는 NA다. 질량 계산은 계속하지만 발전량을 외삽하지 않는다. 침착·세척 계수 0.5·1·2배의 36조건도 제공하며 통계적 신뢰구간은 아니다.
6.3 검산과 남은 검증
새 기하의 경계와 패널 수, 본문 수치와 원자료, 전력·저장장치 수지 및 선택 후보를 검산했다. Warp는 건식·강우 각각 2,560개 경로를 독립 삼각형 교차 계산과 대조했다. 동풍 강우 표본 수 점검의 잔류율 차이는 수직형 0.193%p, 경사형 0.114%p 미만이었다. 장기 질량 수지 최대 잔차는 3.27e-13g/m²다. 이는 구현의 검산이며 현장 정확도 검증이 아니다.
남은 핵심 과제는 유한 배열의 일사 검증, 실제 반사율과 오염 특성의 관측, 강우 후 잔류량·투과율·전력의 동시 측정, 구조·기초와 시공 공수의 비교다. 기상 시각은 기존 TMY 처리 규약을 유지했으므로 측정 시각과 태양 위치를 별도로 확인해야 한다.[7] 먼지의 반발·재비산·흙 튀김·수막·습윤 고착은 현재 계산하지 않았다. 최종 설계나 세척 최적화는 이 자료를 확보한 뒤 평가한다.
07결론
같은 1만㎡ 부지와 통로 순폭 2m에서는 수직 양면형의 설치 용량이 경사 단면형보다 18.75% 컸다. 그러나 이 밀도 이득의 효과는 반사 조건에 따라 달랐다. 알베도 0.20의 청결 부지 발전량은 수직형이 15.04% 낮고, 양쪽 알베도 0.60에서는 2.38% 높았다. ‘수직형이 항상 유리하다’는 결론도, 용량당 수율만으로 불리하다고 정하는 결론도 이 비교를 충분히 설명하지 못한다.
실측 문헌은 수직형의 저오염 가능성을 뒷받침한다.[19][20] 현재 가정 모형에서 주기적 강우의 10년 누적 손실이 경사형 6.12%, 수직형 18.92%로 나온 것은 확정적인 성능 순위가 아니다. 전량 부착과 재비산 없음의 가정, 면별 강우 노출 및 세척 계수의 영향이 섞인 결과다. 수직형이 덜 오염되는 실험을 재현하고 현장 자료로 보정하기 전에는 이 손실률로 배치나 청소 주기를 결정할 수 없다.
하단 30cm는 이번 연구의 대표 조건이다. 잡초·적설을 제외한 현재 모형에서 30–80cm의 일사 차이가 매우 작았다는 사실은 최적 높이나 시공성을 입증하지 않는다. 실제 부지에서 확보되는 반사광, 구조·배수·설치와 유지관리 비용을 함께 검증해야 최종 대안을 고를 수 있다.
08원자료와 재현 자료
아래 자료는 모두 v0.7 대표 조건과 연결된다. 표·그림은 저장된 계산 결과에서 생성했다. 코드, 입력 기상, GPU 결과와 검산 기록을 함께 제공하며, 문헌의 계수와 연구자가 둔 가정을 구분했다.
전체 재현 묶음의 README에 실행 순서와 환경을 기록했다. 비용의 182,160개 원자료 행은 공개 코드로 재생성하며, 대표 선택 결과와 7,590개 설계·운영연도 에너지 결과는 묶음에 포함했다. 과거 버전의 결과를 이번 대표안의 자료로 함께 섞지 않았다.
원고 구성과 코드 작성에는 생성형 AI 보조를 사용했다. AI 학습이나 강화학습이 이번 결과를 생성한 것은 아니다. 저자·소속·연구비·이해관계 정보는 확인 전이며 임의로 채우지 않았다. 현장 검증과 영구 연구 저장소 등록은 논문 제출 전 보완할 항목이다.
09참고문헌
논문은 질량–광학 관계와 부착·강우의 해석 근거, 소프트웨어 문서는 계산 방법, 제조사 자료는 설치 치수 사례로 구분했다. 세척 계수와 가상 기상 조건을 문헌 검증값으로 취급하지 않았다. 추가 오염 연구 BibTeX · 서지정보 JSON
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- pvlib python. Infinite-sheds bifacial irradiance model: get_irradiance. 공식 소프트웨어 문서. 본 계산 버전 0.15.2. 원문
- bifacial_radiance. Documentation. RADIANCE 기반 양면형 광학 계산의 공식 문서. 이전 유한 배열 진단에서 사용한 버전은 0.5.3이며, 이번 v0.7 대표안에서는 재실행하지 않았다. 원문
- System Advisor Model. Behind-the-meter battery dispatch. 공식 저장 운전 문서. 방법 구분의 참고이며 이번 계산에서 SAM을 직접 실행하지 않음. 원문
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선행연구 검토는 핵심 비교 자료를 중심으로 수행한 초기 검토다. 연구 문제의 독창성을 확정하는 체계적 문헌고찰과 투고 전 인용 범위의 확대가 남아 있다.
