고창군 배수지를 활용한 태양광발전 개발계획 2012. 09.

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1 고창군 배수지를 활용한 태양광발전 개발계획

2 입지조사 Ⅰ 발전전력 공급방안 Ⅱ 어레이 설치 Ⅲ Ⅳ 태양전지 모듈, 인버터 발전량 산정 Ⅴ 경제성 분석 Ⅵ

3 Ⅰ. 입지조사 위도 : 35.44 경도 : 고창배수지

4 Ⅰ. 입지 조사 고창배수지 □ 현 황 -위치 : 전북 고창군 고창읍 교촌읍 138-7
-위치 : 전북 고창군 고창읍 교촌읍 -배수지 면적 : 1,500㎡ (약 450평)

5 Ⅰ. 입지 조사 ■ 태양광 기상분석 요소 태양광 발전소 설립을 위한 최적지 선정 시 필요한 ① 일사량 ② 일조시간 ③ 강수량 ④ 강수일수 ⑤ 강수지속시간 ⑥ 평균기온 ⑦ 평균 최고기온 ⑧ 평균 최저기온 ⑨ 운량 ⑩ 상대습도 ⑪ 안개일수 ⑫ 황사일수 ⑬ 연무일수 ⑭ 박무일수 일사량     산그늘, 수목의 그늘, 건물의 그늘, 연돌, 전주, 철탑 등의 그늘에 따라 태양전지 모듈에 그늘이 발생하면 발전전력량은 대폭적으로 감소하게 되는데 침전지 주위에는 큰 나무나 높은 건물이 없어 일사량 확보가 용이하다. 전력계통 접속     한전의 배전선로를 통해 수전 중이고, 침전지와 건물과의 거리가 짧으므로 배전선로 접속이 용이하다. 자연재해     집중호우나 태풍시에 배수에 문제가 없고, 지반침하의 문제도 없다. 또한 연무일수도 적어서 자연재해에 의한 피해가 적은 편이다.

6 Ⅰ. 입지 조사 ■ 설치조건의 조사 설치예정 장소의 조사
지상(대지) 설치의 경우에는 진흙이나 모래의 튀김, 소동물에 의한 피해를 방지하는 목적으로 최소한 지상 1m 이상 높이에 시설하도록 계획하는 것이 바람직하다.(적합) 경사면에 설치하는 경우는 집중호우 등에 의한 경사면의 붕괴의 위험성은 없는가, 경사면의 배수를 촉진시키는 배수관 매립의 필요성 등을 검토한다.(적합) 건물의 옥상에 설치하는 경우는 들보의 위치나 방수구조 등의 건물의 구조상에 관련된 사항이나 각종 타워 등에 의한 그늘의 영향을 정확하게 조사하여 태양전지, 어레이의 설치장소, 방향, 가대각도 등의 최적 설계를 행한다.(해당없음) 기존건물의 옥상이나 개인주택의 평지붕위에 설치하는 기초 및 어레이는 자중에 가해지는 풍압, 적설의 최대하중에도 건물의 강도가 충분한가를 검토하여 설계한다. 또한 누수대책이나 방화대책도 충분히 검토한다.(적합) 설치장소에 이르는 도로 폭이나 포장의 내하중, 고공배전선이나 전화선의 유무, 높이 등을 조사하여두고, 공사시의 재료반입에 대비한다.(적합)

7 Ⅱ. 발전전력 공급방안 ■ 태양광 발전시스템 구성 방법
태양광 발전시스템의 설치대상, 용도의 결정이 완료되면 전력공급방안을 어떻게 결정하느냐에 따라서 시스템의 구성방식이 결정되고 또한 발전설비도 채택이 된다.     - 단독 운전 또는 계통 연계운전 시스템이냐의 결정     - 단독 운전의 경우 보조 발전설비의 채택 유무 결정     - 연계 운전의 경우 시스템 용량에 따라 전력 연계점 결정 고창배수지의 태양광발전설비는 발전한 전력을 전력거래소를 통해 판매 할 목적으로 태양광전력설비를 구축하는 것이므로 태양광 시스템 형식은 계통 연계형 시스템으로 선정하며, 한전 배전계통연계 기술기준에 의거 일반 특고압 배전선로에 연계한다.

8 Ⅲ. 어레이 설치 방식 및 최적경사각 결정 태양광 모듈 단결정 태양전지 모듈 선택
어레이 방식 : 고정식(fixed array) 어레이 지지형태가 가장 값싸고, 안정된 구조로써 비교적 원격 지역에 설치면적의 제약이 없는 곳에 많이 이용되고 있으며, 특히 도서지역 등 풍속이 강한 곳에 설치하는 것이 보통이다.  추적식, 반고정형에 비하여 발전효율이 낮은 반면에 초기 설치비가 적게 들고, 보수관리에 따른 위험이 없어서 상대적으로 많이 이용되는 어레이 지지방법이다. 특히 배수지 구조상 고정식 어레이가 가장 적정하다. 고정식 어레이 특징 - 태양전지의 방위각(정남향) 및 경사각(30˚)을 고정하여 설치 - kW 당 점유 면적이 추적식 대비 80%까지 감소 - 구조물의 구동이 없어 하단부 공간 활용이 가능 - 구조가 상대적으로 안전하여 전복이나 오작동에 의한 사고 가능성이 낮음 - 주변 환경과 조화로운 디자인 가능 - 발전효율이 상대적으로 낮음

9 Ⅲ. 어레이 설치 방식 및 최적경사각 결정 어레이 설치방식
배수지는 방위각이 남남서쪽으로 약간 친우친 구조로, 설치공간은 충분하지만 공간 이용이 자유롭지 않으므로 다양한 형태로 구성하는데 어려움이 있다. 따라서 배수지 이용가능 범위 내에서 어레이를 구성한 후 개별 인버터 방식으로 한다. 배수지 어레이

10 Ⅲ. 어레이 설치 방식 및 최적경사각 결정 어레이 방위각
방위각은 일반적으로는 태양전지의 발전전력량이 최대가 되는 남향으로 한다. 따라서 고창배수지의 경우도 고정식이므로 남향으로 한다. 어레이 경사각 우리나라의 태양광 어레이의 최적설치 각도에 관하여 예측한 전국의 연평균 최적 경사각은 약 24゜~ 36゜에서 분포를 보이고 있으며 제주도를 제외한 전국의 최적 태양광 어레이 설치 경사각은 약 30゜~ 36゜에서 최대의 태양 일사를 받아들이는 것으로 나타났다. 따라서 지역별 연평균 최적 경사각 분포도에 의해 검토한 결과 고창배수지의 최적 경사각은 30도로 파악되었다. 지 역 최적 경사각(도) 강 릉 36 서 울 33 청 주 대 전 포 항 부 산 전 주 30 광 주 목 포 제 주 24 30˚ 출처 : 한국에너지기술연구원

11 Ⅳ. 태양전지 모듈 및 인버터 선정 태양전지 모듈 선정 : ㈜경동솔라 KD-20012A1
구 분 모듈사양 용 량 (Pmax) 200 W 크 기 986×1500×38 mm 최대전압 (VMPP) 26.3 V 무 게 16.2 Kg 개방전압 (VOC) 33.3 V 효 율 13.8 % 최대전류 (IMPP) 4.36 A 온도계수(VOC) 0.18 ※ 단, 여기서 출력전압 및 전류는 25℃, 일사량 1000W/㎡일 때의 사양임 인버터 선정 : 250kW 헥스파워시스템 PV-C3250S 구 분 인버터 사양 용 량 (kW) 250 최대전류 (A) 556 입력전압 (V) 450 ~ 900 효 율 (%) 96.0 출력전압 (V) 380 -

12 Ⅳ. 태양전지 모듈 및 인버터 선정 직렬 모듈수 산정 ⇒ 모두 450~900(V) 내에 있으므로, 250kW급 인버터의 경우
① 겨울철 인버터 입력전압을 고려한 직렬 모듈수 : nMPP = 900 / 31.7 = 28.39(개) : noc = 900 / 38.7 = 23.25(개) ② 여름철 인버터 입력전압을 고려한 직렬 모듈수 : nMPP = 450 / 18.2 = 24.72(개) ③ 직렬 모듈수 결정 : 위에서 직렬 모듈수는 23~28(개)로 23(개)를 연결할 경우 : (70℃ 경우) VMPP(23) = 18.2 × 23 = 418.6(V) : (25℃ 경우) VMPP(23) = 26.3 × 23 = 604.9(V) : (-10℃ 경우) VOC(23) = 38.7 × 23 = 890.1(V) ⇒ 모두 450~900(V) 내에 있으므로, 250kW급 인버터의 경우 모듈의 직렬연결 개수는 23개로 선정

13 Ⅳ. 태양전지 모듈 및 인버터 선정 ⇒ 따라서, 전체 발전설비용량은 0.2kW × (23×6) = 27.6㎾ 어레이 이격거리
: X1 = L [cos(tilt)+sin(tilt)×tan(lat+23.5°)]에 L : 1.5m, tilt : 30° lat : 35.4를 대입하면 이격거리는 2.55m 이지만 3.2m를 적용한다. 모듈수 결정 : W(15m)×L(32m) = 480㎡ 15×10 = 150개 ⇒ 138개 병렬 회로수 산정 : 병렬회로수는 138 / 23 = 6개 ⇒ 따라서, 전체 발전설비용량은 0.2kW × (23×6) = 27.6㎾

14 Ⅴ. 발전량 산정 일평균 일사량 - 한국에너지기술연구원 Ep = PAS × K × QA Ep : 태양전지 발전량(kwh)
PAS : 태양전지 설치 량(kw) K : 종합 설계계수(어레이,인버터,선로,변압기등 손실) QA : 경사면 일사량(kwh/㎡ day) Ep = × 0.75 × 4.01 ≒ 83.0[㎾h] 년간 발전량 = 83 × 365 = 30,295[kwh]

15 Ⅵ. 경제성 분석 산정기준 1. 내구연한 : 20년(한국전기연구원 및 어레이 제조사)
2. 할인율 : 국고이자율 3.6%, 시중금리 5% 감안하여 4.3%로 결정 3. 유지보수비 : 1% (산자부 신재생에너지 발전차액 지원제도 개선) 연간경비 (단위:백만원) 구 분 결 과 비 고 o사업비 100   -공사비 o연간경비 8.56   -투자회수비       -유지관리비 7.56 1.00 100×0.0755 100×(1%) 자본환산계수(CRF) = i (1+i)n (1+i)n - 1 = i = 할인율(4.3%) n = 내구연한(20년)

16 Ⅵ. 경제성 분석 연간편익 발전원가 <경제성분석 결과> 구 분 결 과 O연간편익(백만원) 9.09
구 분 결 과 O연간편익(백만원) 9.09   -연간발전량(KWh)   -태양광구매단가(원/kwh) (건축물 상부 1.5배적용) 30,295 300 구 분 결 과 O발전원가(원/ kwh) 282.6   -연간경비(백만원)   -연간발전량(KWh) 8.56 30,295 <경제성분석 결과> 구        분 단    위 결 과 ◦ 개략공사비 백 만 원 100 ◦ 연간발전량 KWh 30,295 ◦ 연간경비(C) 8.56 ◦ 연간편익(B) 〃 9.09 ◦ 비용편익비(B/C) 1.06 ◦ 비용편익차(B-C) 0.53 ◦ 발전원가 원/kWh 335.4

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