Technical Performance and Probabilistic Energy Yield Assessment of a 620 MWp Bifacial Grid-Connected Photovoltaic Power Plant in an Area Located in the Eastern Part of the Absheron Peninsula of Azerbaijan

태양은 거대하고 신뢰할 수 있는 엔진이지만, 현대적인 그리드에 전력을 공급하기 위해 그 에너지를 포착하는 것은 단순히 들판에 패널을 배치하는 것 이상의 작업이 필요합니다. 그것은 빛이 표면에 어떻게 부딪히는지, 그 빛이 어떻게 전기로 변하는지, 그리고 주변 환경이 결과에 어떻게 변화를 주는지에 대한 정밀한 이해를 요구합니다. 대규모 태양광 발전의 세계에서 엔지니어들은 태양의 각도부터 유리에 쌓이는 먼지까지 모든 요소를 고려하여, 공장이 일 년 동안 정확히 얼마나 많은 에너지를 생산할지 예측해야 합니다. 이는 양면형 모듈(bifacial modules)이라 불리는, 빛을 양면에서 모두 받을 수 있는 패널을 사용하는 더 새롭고 복잡한 시스템의 경우 특히 그렇습니다. 이 패널들은 지면에서 반사된 햇빛을 수확할 수 있지만, 그 성능은 토양의 색상, 패널의 높이, 그리고 열 사이의 간격에 크게 좌우됩니다. 단 하나의 전선이 그리드에 연결되기 전에, 개발자들은 프로젝트가 재정적으로 건전하고 기술적으로 실행 가능한지 확인하기 위해 상세한 컴퓨터 시뮬레이션을 실행합니다.

최근 한 연구에서 연구진은 이 엄격한 예측 방법을 아제르바이잔 압셰론 반도 동부의 제안된 대규모 태양광 발전소에 적용했습니다. 저지대 해안 평원인 이 지역은 수십만 가구에 전력을 공급할 수 있는 전기를 생성하도록 설계된 프로젝트를 위해 선정되었습니다. 연구팀은 620메가와트 용량의 발전소를 모델링하기 위해 정교한 소프트웨어를 사용했는데, 이는 이 지역에서 가장 큰 태в 태양광 설치 시설 중 하나로 꼽히는 규모입니다. 설계안은 지면에 설치되어 하루 종일 태양 노출을 극대화할 수 있도록 남쪽을 향해 기울어진 양면형 패널 필드를 요구했습니다. 결정적으로, 연구진은 발전소가 건설되기를 기다리지도 않았고, 운영 중인 시설을 분석하지도 않았습니다. 대신, 그들은 전체 시스템의 디지털 트윈을 구축하기 위해 PVsyst 소프트웨어를 사용하여 단 한 번의 시뮬레이션 검토를 수행했습니다. 그들은 이 모델에 과거 기상 데이터와 장비에 대한 구체적인 세부 정보를 입력하여, 운영된 발전소의 성능을 감사하는 대신 1년 동안의 운영을 시뮬레이션했습니다.

시뮬레이션은 매우 효율적인 시스템의 모습을 그려냈습니다. 시뮬레이션된 첫해 말까지, 가상 발전소는 국가 그리드에 886.81기가와트시의 전력을 주입할 것으로 예측되었습니다. 이를 설명하자면, 발전소는 설치된 용량 1킬로와트당 1,430킬로와트시의 에너지를 생산할 것으로 기대되었습니다. 이 높은 출력은 해당 위치의 강한 일조량과 발전소 레이아웃의 세심한 공학 설계 덕분입니다. 패널은 한 줄의 그림자가 다음 줄에 너무 오래 떨어지지 않도록 특정 간격을 두고 열로 배치되었으며, 이러한 균형은 시스템이 빛을 잃지 않으면서도 빛을 포착할 수 있게 합니다. 컴퓨터 모델은 발전소가 거의 90%의 성능 비율로 작동할 것임을 보여주었는데, 이는 시스템이 이론적 최대치에 비해 열, 배선 저항 또는 기타 비효율성으로 인해 에너지를 매우 적게 손실한다는 것을 의미합니다.

이 설계의 핵심 특징은 앞면뿐만 아니라 뒷면에 닿는 빛에서도 전력을 생성할 수 있는 양면형 패널의 사용입니다. 이 시뮬레이션에서 패널 아래의 지면은 반사체 역할을 하여 햇빛을 모듈의 뒷면으로 튕겨 올렸습니다. 연구진은 이 효과가 총 수집 에너지에 9.2%의 순 이득을 더했다는 것을 발견했습니다. 이 이득은 자동적인 것이 아니었습니다. 그것은 지면이 특정 반사율을 가져야 하고, 빛이 뒷면에 도달할 수 있도록 패널이 1.6미터의 특정 높이에 설치되어야 한다는 점에 달려 있었습니다. 모델 또한 여름철에 패널이 뜨거워져 효율이 약간 감소한다는 점과, 표면에 먼지가 쌓여 출력이 다소 감소할 것이라는 점을 고려했습니다. 이러한 현실적인 요인들에도 불구하고, 시스템은 놀라울 정도로 견고했습니다. 컴퓨터는 패널이 생성할 수 있는 총 전력보다 인버터(전기를 변환하는 장치)가 약간 작기 때문에 발생하는 에너지 손실이 매우 미미할 것임을 보여주었습니다.

날씨는 해마다 다르기 때문에, 연간 생산량에 대한 단일 수치는 최악의 시나리오를 알아야 하는 투자자와 대출 기관에게 충분하지 않습니다. 따라서 연구진은 햇빛이 적은 해에 생산량이 얼마나 떨어질 수 있는지 추정하기 위해 통계적 방법을 적용했습니다. 그들은 어떤 해에도 발전소가 최소 836.9기가와트시를 생산할 확률이 90%이며, 822.9기가와트시를 생산할 확률이 95%라고 계산했습니다. 이 수치들은 설령 태양이 평균적인 해보다 덜 관대하더라도 발전소가 재정적 의무를 이행할 수 있을 만큼 충분한 전력을 생성할 수 있도록 안전 마진을 제공합니다. 연구는 또한 인버터의 선택과 전기 케이블의 배치를 포함한 특정 장비의 조합이 손실을 낮게 유지하도록 최적화되었음을 강조했으며, 패널이 인버터가 즉각 처리할 수 있는 전력보다 더 많은 전력을 생성함에 따라 발생하는 에너지 낭비는 단 1퍼센트 미만임을 보여주었습니다.

연구 저자는 이 결과가 운영 중인 발전소의 측정이 아닌 단일 컴퓨터 시뮬레이션에 기반한 것임을 주의 깊게 명시했습니다. 수치들은 유망하지만, 아직 현장에서 테스트되지 않은 지면 조건, 패널의 청결도, 그리고 장비의 동작에 대한 가정에 의존하고 있습니다. 이 연구는 설계가 건전하고 위치가 적합하다는 것을 보여주는 청사진 역할을 하지만, 동시에 발전소가 건설되고 운영되어야만 이 수치들이 최종적으로 확인될 것임을 지적합니다. 연구진은 실제 토양의 색상, 실제 먼지의 양, 그리고 정밀한 전기 연결이 모델의 예측대로 발전소가 작동하는지 확인하기 위해 검증되어야 한다고 밝혔습니다. 그때까지 시뮬레이션은 이 압셰론 반도의 한 귀퉁이가 고효율과 최소한의 낭비로 그리드에 신뢰할 수 있는 전력을 전달할 수 있는 주요 청정 에너지원을 수용하기에 적합하다는 강력한 지표로 남을 것입니다.