태양 일사량은 관측 지역의 대기 조성 및 기상에 따른 대기 투과율의 영향을 고려하여 계산된다. 특히, 태안 지역과 같은 복잡한 해안 특성을 가진 지역에서의 일사량 계산의 정확도를 높이기 위해서 국소 지역에 대한 연직 기상 환경 자료를 통해 대기의 지역적 특성을 파악하고 이를 바탕으로 한 대기투과율을 계산할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 한반도 태안반도에 위치한 3개 지상관측소 및 라디오존데의 2018년도 기상 자료를 이용하여 청명일에 대한 대기투과율 및 직달일사량을 MODTRAN (MODerate-resolution atmospheric TRANsmission) 6를 이용하여 수치모사하였다. MODTRAN 6로 계산된 직달일사량 추정 값은 일사계의 실제 관측 값과의 비교 연구를 수행한 결과, 일사량의 규격화 잔차 평균(Normalized Residual Mean)은 기온에 의한 대기표준모델을 적용한 경우 0.28, 기압의 경우 0.32로 나타나서 타 연구의 0.1~0.2에 비해 높게 나왔으며, 이는 지역적 대기 특성의 차이에 기인한 것으로 이해된다. 또한 기온이 높아지는 여름철로 갈수록 일사량 규격화 잔차 평균이 커지는 경향을 확인할 수 있었다. 이를 통해 태안 지역과 같은 복잡한 해안 특성을 지닌 지역에서의 대기 모델 개선 가능성을 제시하였다.
Since the direct normal radiation and clear day are a main factor for designing any solar thermal and photovoltaic concentrating system, it is necessary to evaluate its characteristics all over the country. The work presented here are the investigation of direct normal radiation and clear day in Korea. The data utilized in the investigation consist of direct normal radiation collected for 14 years('90. 12${\sim}$2004. 12) and clear-day collected for 23 years($1982{\sim}2004$) at measuring stations across the country. The analysis shows that the annual-average daily direct normal radiation is 5.4 kWh/m2 and the annual-average total clear-day is 92.7 days in Korea. We also constructed the contour map of direct normal radiation and clear-day in Korea by interpolating actually measured data across the country.
In this research, the effect of a heating system, which is powered by direct solar energy accumulated in phase change material (PCM) as heat storage material installed on the floor surface, on the cooling load was studied. Cooling load of a test building designed for this research was measured with fan coil unit and factors affecting it were also estimated. Experiments were performed with and without PCM installed on the building floor to understand the effect of the PCM on the cooling load. Additionally, to confirm the experiments results, the prediction calculation formula by average outside temperature and integrated solar radiation was composed using multivariate regression model. The results suggested that the heating system with PCM on the floor surface has the potential to shift electric power peak by radiating heat, stored during the daytime in it, at night, not increasing the total cooling load much.
온실내에서 직달 및 산란일사의 투과율은 온실이 설치된 지역의 위도, 온실의 동방위 및 형상, 피복재의 광학적 특성, 년중일수, 기상 조건, 지붕면의 경사각 뿐만 아니라 온실의 길이, 구조물의 크기 등에 따라 달라질 수 있다. 현재 국내의 기상 조건에 적합한 표준형 유리온실의 설계 기준이 부분적으로 제시되고 있으나, 온실내의 광환경과 관련된 설계 기준은 제시되지 않고 있는 실정이다. (중략)
국내에 보급되어 있는 유리온실은 네덜란드에서 수입된 벤로형(Venlo type or Dutchlite)과 벤로형에 비해서 동고가 높으며 온실 한 동의 폭이 상대적으로 큰 광폭형(widespan type)이 대부분을 차지하고 있다. 벤로형 은실의 측고는 3.5~4.0m로서 다소 차이가 있으나, 한 동의 폭과 지붕경사면의 길이가 일정하기 때문에 온실의 지붕경사각은 대부분 22$^{\circ}$를 나타낸다. (중략)
온실의 경우 구조재가 광투과율에 많은 영향을 주기 때문에 기상조건에 따라 달라지는 산란광과 직달광의 비율에 따라 투과율이 달라질 수 있다 따라서 기상조건에 따른 온실내부의 광투과율을 구명할 필요가있다. 전천일사량은 기상청에서 제공하는 기상자료에서 쉽게 얻을 수가 있는 반면에 광합성유효광량자속의 자료는 직접 측정하지 않고는 구하기가 어렵다. 그러나 전천일사량과 광합성유효광량자속의 상관관계가 얻어지면 전천일사량으로부터 광합성유효광량자속을 쉽게 구할 수가 있을 것이다. 따라서 우리나라 온실에 대하여 기상조건에 따라 광합성유효광양자속을 산정할 수 있는 상관식의 개발이 필요하다. 본 연구는 실험을 통하여 온실의 수관부에서의 기상조건에 따른 광합성유효광량자속의 투과율을 산정하고 전천일사와 광합성 유효광량자속과의 상관관계를 구명하기 위하여 수행되었다. 산란광이 많은 흐린 날과 직달광이 많은 맑은날의 투과율 변화는 상당한 차이가 있음을 확인할 수 있었으며, 온실의 투과율은 기상조건에 따라 다르게 적용되어야 할 것으로 판단되었다. 온실의 전천일사량 투과율을 광합성유효광량자속의 투과량을 산정하는데 그대로 이용할 수 있을 것으로 분석되었다. 비록 맑은 날에 비하여 흐린 날의 상관도는 낮지만 상관식의 기울기는 큰 것으로 나타나 운량의 증가와 더불어 전천일사량 중에서 광합성유효광량자속의 비율이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 시간당 광합성유효광량자속과 전천일사량의 상관식을 유도하였으며, 이러한 상관식을 이용한다면 시간당 전천일사량을 이용하여 시간당 광합성유효광량자속을 추정하는데 적절히 이용할 수 있을 것으로 판단된다.
경사면일사량은 수평면일사량과 해당위치 지형경사도 간의 기하학적 관계인 일사수광비율을 통해 추정할 수 있다. 그러나 이렇게 추정한 일사량은 주변에 햇빛을 차단하는 장애물이 없다는 것을 가정하기 때문에 만약 실제 농사를 짓고 있는 농장 등에 이를 적용할 경우에 지형으로 인한 차광 등의 영향을 충분히 반영하지 못한다. 음영기복도는 태양의 위치와 지형의 기복으로 인한 직달일사의 변이를 밝기(휘도)로 수치화한 격자 형태의 자료로서, 하나의 격자는 가장 어두운 값 0에서 가장 밝은 값 255까지의 값을 갖는다. 본 연구에서는 지형으로 인한 차광효과를 모의하기 위해 30m 해상도의 DEM을 이용하여 연구지역의 음영기복도를 제작하고 휘도 분석을 수행하였다. 연구지역에 설치된 AWS 22개 지점의 기상자료를 수집하여 일조율 80% 이상인 날을 선별하고, 관측일사량과 각 지점의 휘도를 비교하여 휘도가 지형으로 인한 차광효과를 설명할 수 있는지 확인하였다. 분석결과 휘도와 일사량 간에 상관관계가 있는 것을 확인하였으며, 지형의 영향이 큰 지점에서의 직달일사가 시작되는 시점과 끝나는 시점은 태양고도 보다는 휘도와 잘 부합하는 것으로 나타났다. 추가적인 연구를 통해 주변 지형의 영향을 반영한 휘도를 이용한 상세한 일사량 추정이 가능할 것으로 기대된다.
This study represented experimental research on the flat plate solar collector. For the flat plate Solar system, it is sensitive of the Global radiation. In Actually, it suppose to be dependent on the direct radiation. Also, the existing method's factors are depend upon Global radiation in the flat plate collector system. therefore it needs which is depend upon direct radiation. In this experiment, the flat plate collector is used for obtaining the method's factors of the direct radiation. As a result, the correct $({\tau}{\alpha})_e$ is found out for practical value.
Since the direct normal insolation is a main factor for designing any solar thermal power system, it is necessary to evaluate its characteristics all over the country. We have begun collecting direct normal insolation data since December 1990 at 16 different locations and considerable effort has been made for constructing a standard value from measured data at each station. KIER(Korea Institute of Energy Research's new data will be extensively used by solar thermal concentrating system users or designers as well as by research institutes. From the results, we can conclude that 1) Yearly mean $5.4kWh/m^2/day$ of the direct normal insolation was evaluated for clear day all over 16 areas in Korea. 2) Clear day's direct normal insolation of spring and summer were $5.53kWh/m^2/day$ and $5.84kWh/m^2/day$, and for fall and winter their values were $5.3kWh/m^2/day$ and $4.94kWh/m^2/day$ respectively. So, spring and summer were higher, and fall and winter were lower than the yearly mean value.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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