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경사면에서의 태양 복사 (Solar Radiation on a Tilted Surface)

태양광 모듈에 입사되는 태양광의 출력은 태양광 자체의 출력뿐만 아니라 모듈과 태양광선 사이의 각도에 따라서도 달라진다. 흡수면과 태양광선이 수직이면 표면에서의 츨력밀도는 태양광의 출력밀도와 같다. 그러나 그 각도가 변하면 고정된 태양광 모듈 위에서의 출력은 입사되는 태양광의 출력보다 작다.

경사면에 설치된 모듈면위에서의 태양 복사의 양은 모듈면에 수직한 면에 입사되는 태양복 사의 부분이 된다. 아래 그림은 측정한 값이 수평면에서의 태양복사(Shoriz)이든 수직한 면에 서의 태양복사(Sincident)이든 기울어진 면에 입사되는 복사(Smodule)를 어떻게 계산하는가를 보 여준다.

태양광이 입사되는 방향으로 모듈을 기울이면 모듈의 출력이 감소한다.

애니메이션은 여러 가지 태양 일조량의 계산을 보여준다. 각각의 경우에 벡터의 길이는복사의 상대 강도를 나타낸다.

Smodule, Shoriz, Sincident 사이의 관계식은 아래와 같다.

여기서,
α : 고도각
β : 수평선으로부터 측정한 모듈의 기울기 각도

where φ is the latitude; and
 δ is the declination angle previously given as:

where d is the day of the year. Note that from simple math (284+d) is equivalent to (d-81) which was used before. Two equations are used interchangeably in literature.

From these equations a relationship between Smodule and Shoriz can be determined as:

The following active equations show the calculation of the incident and horizontal solar radiation and that on the module. Enter only one of Smodule, Shoriz and Sincident and the program will calculate the others.

Components of Radiation on Tilted Surface Calculator


기울기 각도는 표면에 입사되는 태양복사에 중요한 영향을 미친다. 고정된 기울기 각에서 일 년 중 최대 출력은 경사 각도가 그 위치의 위도와 같을 때 얻어진다. 그러나 급격한 경사각은 겨울철의 부하가 큰 경우에 최적이고, 반면에 더 낮은 경사각은 여름에 더 많은 부 하가 필요한 경우에 최적이다. 아래 시뮬레이션은 위도와 모듈 각도에 따른 태양 일조량의 최대 수자를 계산한 것이다.

X

-9090

X

090

구름이 없을 때 위도와 모듈 기울기가 1년 동안 받아들인 태양복사(Wh·m-2 ·day-1)에 미치는 효과. X-축은 연중일로 1월 1일 후의 일수이다. 모듈 출력은 경사진 모듈에 부딪치는 태양복사이다. 모듈 기울기는 수평선으로부터 측정한 것이다. 입사 출력은 태양광선에 수직한 태양복사이고, 태양을 완벽하게 추적하는 모듈이 받아드릴 수 있는 출력이다. 수평면에서의 출력은 바닥을 부딪치는 태양복사이고, 바닥에 평행하게 설치한 모듈이 받아드릴 수 있는 출력이다. 이들 값들은 구름의 영향을 포함하지 않으므로 특정 위치에서 흡수 가능한 최대값이다. 모듈은 북반구에서는 남향인 것으로 남반구에서는 북향인 것으로 가정한다. 특정 각도의 경우 태양광은 모듈의 후면으로부터 입사되고 이 때 모듈의 출력은 제로로 떨어진다.

위의 애니메이션에서와 같이, 모듈의 기울기 각도가 제로인 경우 모듈이 바닥에 평행하게 설치된 것이므로 모듈출력과 수평면 출력은 같다. 모듈의 각도가 80°인 경우는 모듈이 거의 수직이다. 모듈이 태양광선에 수직인 때를 제외하고는 모듈출력은 입사 출력보다 작다. 남 반구에서는 북쪽으로, 북반구에서는 남쪽으로 향하게 모듈을 적도 쪽으로 회전시킨다. 모듈 이 북반구에서 남반구(위도 = 0°)로 이동하면 반대 방향을 향하도록 모듈을 돌려 설치하는 데, 그래서 모듈 출력 곡선이 뒤집힌다. 태양광 모듈의 후면으로부터 입사되면 모듈 출력은 제로로 떨어진다. 여러분의 위치에 해당하는 위도값을 세팅하고 모듈의 기울기를 변화시키 면서 출력의 양이 변화하는 것을 관찰하세요.