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- 남쪽을 향한 태양계와 결합하여 한낮의 전력 피크를 균일하게 만든다.
- 농업용 태양광 발전에 적합
- 농경지에 설치된 시스템은 바람과 직사광선으로부터 작물 보호, 특정 작물의 성장 지원

태양광전지: 전류 피크에 대한 수직 모듈
양면 태양 전지판은 전력망의 변동을 줄일 수 있다.

전력망에서 더 유연하게:
수직으로 설치된 양면 태양광 모듈은 심하게 변동하는 태양열 발전 병입 문제를 완화할 수 있다. 이러한 양면 태양광 모듈이 동서 방향일 때 아침과 저녁에 가장 많은 전력을 공급하기 때문이다. 일반적인 남쪽을 향한 태양계와 결합하여 한낮의 전력 피크를 균일하게 만든다. 그 결과, 연구원들이 보고하는 바와 같이 전기 저장 및 가스로부터의 추가 전기가 덜 필요하다. 

▲ 그림 1. 수직, 양면 농업 태양광 발전소(APV:agri photovoltaic) 출처: 관련논문 Integration of vertical solar power plants into a future German energy system / smart energy, Volume 7, August 2022, 100083)

풍력 에너지 외에도 태양광전지는 에너지 전환의 중요한 기둥이다. 무엇보다도 집 지붕의 태양광 시스템이 호황을 누리고 있으며 모듈이 더욱 강력하고 저렴하며 효율적이 되고 있다. 가스 부족과 전기 가격 상승의 과정에서 태양광 발전은 더욱 매력적으로 변하고 있다. 그러나 한 가지 중요한 문제가 남아 있다. 대부분의 태양계가 남쪽을 향하고 있기 때문에 맑은 날 정오에 사용할 수 있는 것보다 더 많은 전기가 그리드에 공급되지만 아침과 저녁에는 전기가 없다.

양쪽에서 햇빛을 수용

소위 양면 태양광 모듈의 사용이 증가하면 도움이 될 수 있다. 이들은 수직으로 설치돼 양쪽에서 들어오는 햇빛을 사용할 수 있다. 제1저자인 라이프치히 응용과학대학의 소피아 레커(Sophia Reker)는 "동서 방향으로 설치하면 대부분의 전기가 아침과 저녁에 생성된다. 이 시간에는 햇빛이 덜 강렬하지만 빛은 하루에 두 번 두 모듈 표면에 이른다.

▲ 그림 3. 다른 방향으로 화창한 여름날의 태양광 전기 생산. 기울어진 남향(i-S inclined south) 및 수직 동서(v-vertical east-west) PV 발전소를 통한 전력 생산은 서로를 보완할 수 있다. 수직 남북(v-NS vertical east-west) 발전소는 전반적으로 낮은 생산량을 달성한다. 25% i-S, 50% v-EW 및 25% v-NS의 결합 시스템은 오전 7시에서 오후 4시 사이에 균형 잡힌 발전을 보여준다. (출처: 관련논문 Integration of vertical solar power plants into a future German energy system)

Reker의 동료인 엔스 쉬나이더(Jens Schneider)는 "양면 태양광 모듈은 기존 태양광 시스템보다 약간 더 비싸다"고 설명하며 "그러나 사용 가능한 태양열 발전의 시간이 증가함에 따라 가스 화력 발전소와 같은 다른 전기 요구 사항이 감소한다"고 말했다. 예를 들어, 남쪽으로 20gad 기울어진 일반적인 패널은 설치당 최대 0.76와트의 출력을 생산한다. 와트 오전 11시경 성능. 양면 동서 모듈은 오전 7시와 오후 4시에 설치된 전력 와트당 최대 0.69와트를 달성한다.

전체적으로 동서 방향으로 수직으로 설치된 양면 모듈의 전력 생산량은 설치된 와트 및 연간당 약 999Wh(와트시)이므로 연간 1020Wh를 설치하고 설치된 기존 모듈에서 생산하는 전력보다 거의 열등하지 않다.

▲ 그림 6. 다른 방향의 모듈이 있는 발전소의 월별 태양광 발전량. 여름에는 수직 동서 발전소에서 생산량이 약간 더 높다. 겨울에는 수직 북향과 남향 발전소가 가장 높은 전력 생산량을 보인다.

더 균일한 전원 공급

그러나 결정적인 요인은 두 태양광 시스템을 결합하면 태양 에너지의 일반적인 일일 변동을 크게 줄일 수 있다는 것이다. 볕이 강한 정오 피크는 이 시점에서 수요를 충당하기에 충분하기 때문이다. 동시에 수직 시스템은 일반적으로 높은 수요를 충족시키기 위해 아침과 저녁에 충분한 전기를 공급한다.

결과적으로 전력망은 2030년 재생 에너지만 사용하는 독일 전력망의 모델 시뮬레이션에서 볼 수 있듯이 병입 피크를 흡수하기 위해 더 적은 전력 저장이 필요하다. Reker와 그녀의 동료들은 "100% 기존 태양광 시스템을 사용하면 117 테라와트 시간의 전기를 일시적으로 저장해야 할 것"이라고 보고했다. 추가된 모듈 용량에서 수직 시스템의 70%가 차지하는 비율은 94TWh(테라와트시)에 불과gk다. 전기 저장에는 손실이 수반되기 때문에 전기를 절약하고 전체 시스템을 보다 효율적으로 만들 수 있다.

▲ 그림 7. v-EW 및 v-NS 방향의 월별 태양광 발전 생산량은 경사진 남향 모듈이 있는 발전소의 월별 전력량으로 정규화되었다. v-EW 발전소의 에너지 생산량은 i-S 발전소와 비슷하다. V-NS 발전소는 겨울에 높은 생산량을, 여름에 낮은 생산량을 생산한다.

농업용 태양광 발전에 적합

또한 수직으로 설치하면 태양광 시스템을 농경지에 쉽게 설치할 수 있다. 쉬나이더(Schneider)는 "이는 농부들에게 추가적인 수입 기회를 제공하고 재생 에너지에 대한 지역 잠재력을 증가시켜 우리가 소량의 추가 에너지만 수급하면 된다"라고 설명했다. 어쨌든 모듈은 8~10미터 떨어져 설치해야 하기 때문에 식물을 키울 수 있는 충분한 공간이 있다.

또한 긍정적인 점은 농경지에 설치된 태양광 시스템은 바람과 직사광선으로부터 작물을 보호하여 특정 작물의 성장을 지원할 수 있다. 특히 후자는 폭염과 가뭄이 증가하는 시기에 이점이 될 수 있다. 소위 농업용 태양광 발전은 연방 정부의 새로운 입법 패키지의 결과로 장래에 특히 촉진될 것이다. (Smart Energy, 2022, doi: 10.1016/j.segy.2022.100083)
출처: Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig / 라이프치히 응용과학대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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