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높은 적설량, 강한 바람 및 복잡한 프로젝트 조건에 대응하는 엔지니어링
남한의 태양광 시장은 표준 구성만으로는 대응하기 어려운 현지 현장 조건에 맞춘 마운팅 시스템을 요구한다. 지상형 태양광 발전소는 불균일한 지형과 엄격한 적설 조건을 수용해야 하며, 산업용 옥상 프로젝트는 옥상 하중 용량, 풍압 저항성, 마운팅 호환성 및 방수 기능을 고려해야 한다.
EPC 계약자, 태양광 설치업체 및 프로젝트 개발자에게 마운팅 구조물은 프로젝트 안전성, 시공 용이성 및 장기 성능 측면에서 핵심 요소이다.
슈퍼 태양광(Super Solar)은 남한 내 메가와트 규모의 지상형 및 옥상형 태양광 프로젝트 실적을 보유하고 있다. 평창에 건설된 2MW 지상형 시스템과 창원에 설치된 2MW 산업용 옥상 시스템이라는 두 가지 대표 사례는 서로 다른 엔지니어링 과제를 보여주며, 프로젝트별 맞춤형 마운팅 솔루션의 중요성을 입증한다.
모듈의 방위각과 경사각은 연간 에너지 수율, 행 간격, 음영, 전반적인 토지 이용 효율성에 영향을 미친다. 이러한 요소들은 프로젝트의 구조적 제약 조건 및 현장 제약 조건과 함께 종합적으로 평가되어야 한다.
2018년에 발표된 연구에서 신재생에너지 시스템 어드바이저 모델(SAM)을 사용해 대한민국 내 80개 지역에서 태양광 발전 시스템을 시뮬레이션하였다. 해당 연구의 가정 하에, 시뮬레이션된 최적 방위각은 176°에서 184° 사이였으며, 최적 경사각은 30°에서 36° 사이였다.
이 결과들은 보편적인 설치 사양이 아니라 유용한 연구 참고자료일 뿐이다. 실제 설계 파라미터는 현장 위치, 지붕 또는 지형의 기하학적 특성, 음영, 바람 및 적설 하중, 에너지 수확 목표, 그리고 적용 가능한 규정에 따라 각 프로젝트별로 결정되어야 한다.
태양광 마운팅 구조물은 모듈에서 발생하는 하중을 레일, 클램프, 지지대 및 연결부를 거쳐 지붕 구조물 또는 지상 기초로 전달해야 한다.
지상형 프로젝트의 경우 고려해야 할 설계 요소에는 다음이 포함될 수 있다.
산업용 옥상의 경우, 공학적 평가에는 기존 건물의 구조적 용량, 옥상 형상, 고정 방식, 방수 세부 사항 및 정비 접근성도 함께 고려해야 한다.
적용 가능한 한국의 구조 기준과 프로젝트별 설계 가정은 담당 엔지니어가 확인해야 한다. 풍속, 적설 깊이, 구조 설계 하중은 서로 다른 파라미터이므로 상호 교환 가능하게 간주해서는 안 된다.
평창 프로젝트는 어려운 현장 조건을 갖춘 지상형 태양광 설치에서 구조 설계, 기초 선택, 모듈 배치를 조율할 필요성을 보여준다.
불균일한 지형은 말뚝 배치, 지지 높이, 레일 정렬 및 시공 순서에 영향을 줄 수 있다. 현장 지형을 충분히 고려하지 않고 설계된 배치는 시공 중 광범위한 수정이 필요할 수 있다.
본 프로젝트에서는 현장의 지형 조건을 수용하기 위해 강재 말뚝 기초 방식을 채택하였다. 또한 일부 구역에서 지형 변화를 더 잘 따르기 위해 ‘모듈 생략’ 배치 방식을 사용하였다.
모든 행을 강제로 균일한 배치로 만들기보다는, 이 방식은 배열이 현장의 지역적 기하학적 특성에 유연하게 대응하도록 한다. 이 방식의 타당성은 토지 이용 효율성, 전기 설계, 구조적 연속성, 시공 접근성 및 프로젝트 경제성 측면에서 종합적으로 평가되어야 한다.
평창은 강원도에 위치해 있으며, 설계 시 눈 조건을 고려하는 것이 중요하다. 눈 쌓임은 모듈, 레일, 지지대, 연결부 및 기초에 가해지는 하중을 증가시킬 수 있다.
이 프로젝트의 접근 방식은 현장 특성에 따른 눈 조건, 모듈 기울기 및 구조 강도를 종합적으로 고려했다. 모듈 경사는 눈 떨어짐에 영향을 줄 수 있으나, 자연스러운 눈 떨어짐을 구조적 적설 하중 검증의 대체 수단으로 간주해서는 안 된다. 온도, 바람, 어레이 형상 및 주변 장애물에 따라 모듈 위에 눈이 남아 있거나 불균형적으로 쌓일 수 있다.
따라서 눈 환경이 까다로운 지역의 프로젝트에서는 설계 검토 시 전체 하중 전달 경로, 부재의 내력, 연결부 강도, 기초 성능 및 구조 계산에 사용된 가정을 면밀히 점검해야 한다.
프로젝트 정보는 고강도 강재를 지지 구조물의 핵심 특징으로 명시하며, 이 강재는 높은 항복 강도와 인장 강도를 갖는다. 또한 해당 프로젝트는 한국에서 제3자 시험을 완료한 것으로 보고되었다.
공식 엔지니어링 제출 자료에 이러한 세부 사항을 제시할 때는 관련 기술 문서에서 적용 가능한 시험 범위, 재료 등급 및 허용 기준을 참조해야 한다.
평창 사례는 메가와트 규모의 지상형 태양광 시스템이 기초 선택, 지형에 맞춘 배치 설계, 눈 하중 관련 구조 설계 등 여러 요소를 조율하여 결정해야 함을 보여준다.
지형이 불규칙한 부지나 겨울 기상 조건이 엄격한 지역에서 작업하는 개발사 및 EPC 계약업체에게 핵심 교훈은 지지 구조 설계가 표준 배치 방식만으로가 아니라 실제 현장 조건과 검증된 구조 요구사항에 근거해야 한다는 점이다.
창원 프로젝트는 다른 요구 사항을 보여준다: 기존 산업용 건물에 유틸리티 규모 태양광 발전 시스템을 설치하면서 지붕 호환성, 구조 하중 및 기상 보호를 조율하는 작업이다.
산업용 금속 지붕은 단면 형상, 시트 기하학적 구조, 풀린 간격, 고정 세부 사항 및 상태에 따라 달라질 수 있다. 한 지붕 단면 형상에 맞는 마운팅 부품이 다른 지붕에는 적합하지 않을 수 있다.
창원 프로젝트에서는 기존 지붕 단면 형상에 맞게 맞춤 제작된 클램프를 사용하였다. 보고된 솔루션은 설치 요구 사항에 따라 비관통식 고정 방식과 관통식 고정 방식을 조합하였다.
고정 방식 선택은 실제 지붕 구성, 하중 전달 경로, 기초 재료 및 풀린의 내력, 클램프 호환성, 시공 품질, 방수 세부 사항 등을 종합적으로 평가해야 한다. 비관통식 연결 방식이 모든 지붕에 자동으로 적합한 것은 아니며, 관통식 연결 방식은 적절한 밀봉 및 세부 설계가 필요하다.
기존 산업용 건물에 대규모 태양광 발전 시스템을 설치하기 전에, 건물이 추가 하중을 지지할 수 있는지를 평가해야 한다. 여기에는 태양광 모듈과 마운팅 시스템뿐 아니라 프로젝트 설계 기준에서 요구하는 관련 환경 하중 및 하중 조합도 포함된다.
프로젝트 정보에는 기본 풍속이 36 m/s라고 명시되어 있다. 이 수치는 보고된 프로젝트 현장의 매개변수로 이해해야 하며, 모든 구조 계산에 자동으로 적용되는 최종 풍속 또는 풍압으로 간주해서는 안 된다. 담당 엔지니어는 적용 가능한 풍하중 규정, 노출 조건, 건물 형상, 지붕 구역, 압력 계수, 하중 조합 및 고정 요건을 반드시 확인해야 한다.
마운팅 시스템의 경우, 설계 검토 시 다음 사항을 고려해야 한다:
최종 배치는 개별 마운팅 부품이 아니라 완전한 시스템으로서 점검해야 한다.
해당 프로젝트에서는 595 Wp 정격의 모듈 3,360개를 사용하여 계산된 직류(DC) 용량은 1,999.2 kWp, 즉 약 2 MWp이다.
보고된 11,000 m² 지붕 면적을 3,360개 모듈로 나누면 모듈당 평균 약 3.27 m²의 지붕 면적이 산출된다. 이는 개별 모듈의 실제 점유 면적이 아니라 전체 면적 비율로서, 배치 방식, 간격, 기타 지붕 면적 관련 요소의 영향을 포함한다.
최종 모듈 배치는 구조 지지 위치, 지붕 배수, 접근 경로, 유지보수 요구 사항, 음영, 그리고 적용 가능한 안전 간격도 고려해야 한다.
지붕 누수는 산업용 건물 소유자에게 운영 및 유지보수 문제를 야기할 수 있다. 따라서 마운팅 설계 시 클램프 또는 고정 부품, 지붕 시트, 이음매, 배수 경로 및 기존 방수 세부 사항 간의 상호작용을 고려해야 한다.
관통식 고정 방식의 경우 적절한 밀봉 및 설치 관리가 필수적이다. 비관통식 고정 방식의 경우 엔지니어는 지붕 구조체를 손상시키지 않으면서도 요구되는 구조 성능을 확보하는 연결이 이루어지는지 반드시 확인해야 한다.
배치 계획 수립 단계에서 점검 접근성, 배수 공간 확보, 지붕 및 태양광 발전 시스템 유지보수 용이성을 고려해야 하며, 설치 후에 이를 고려해서는 안 된다.
프로젝트 정보에 따르면 납품 기간은 2024년 5월부터 10월까지이며, 연간 에너지 생산량은 약 2,410 MWh이다.
보고된 연간 발전량은 유용한 프로젝트 성능 지표이지만, 이를 단순히 마운팅 구조물에만 기인시켜서는 안 된다. 에너지 수율은 태양광 모듈, 인버터, 시스템 설계, 태양 복사 자원, 음영, 운전 조건, 가용성 및 기타 프로젝트 특화 요인에 따라 달라진다.
창원 사례는 기존 산업용 금속 지붕 위에 2 MW급 태양광 시스템을 설치할 때 요구되는 엔지니어링 조율을 보여준다. 지붕 호환성, 구조적 적재 용량, 풍하중 설계, 고정 세부 사항 및 방수 처리를 통합적으로 고려해야 한다.
산업용 건물 소유주 및 EPC 계약업체에게 목표는 단순히 확보 가능한 지붕 공간에 모듈을 설치하는 것이 아니다. 구조적 요구 사항을 충족하면서도 안전한 설치, 유지보수 용이성 및 신뢰성 높은 장기 운전을 지원하는 마운팅 솔루션을 개발하는 것이다.
| 공학적 차원 | 평창 지상형 프로젝트 | 창원 산업용 옥상 프로젝트 |
|---|---|---|
| 프로젝트 처리 능력 | 2 MW | 약 2 MWp |
| 위치 | 강원도 평창군 | 창원 진북 산업단지 |
| 주요 과제 | 눈 조건 및 불균일한 지형 | 기존 금속 지붕 및 보고된 36m/s 기본 풍속 |
| 설치 방식 | 강관 말뚝 기초 및 지형에 적응하는 배치 | 보고된 비관통식 및 관통식 고정 방식을 적용한 맞춤형 지붕 클램프 |
| 주요 구조적 초점 | 기초 적합성, 강재 구조 강도 및 눈 관련 설계 | 지붕 하중 용량, 고정 연결부, 풍하중 검증 및 방수 |
| 독특한 특징 | 지형 변화를 수용하기 위한 ‘누락 모듈’ 배치 | 기존 산업용 지붕에 맞춤형 설치 |
| 추가 프로젝트 데이터 | 보고된 바에 따르면 약 3.5개월간의 실질적인 설치 작업 기간 | 3,360개 × 595 Wp 모듈; 약 11,000 m² 지붕 면적; 보고된 연간 발전량 약 2,410 MWh |
| 핵심 요약 | 기초 및 배열 배치를 실제 지형 및 적설 조건에 맞게 조정 | 지지 구조, 건물 구조, 풍압 저항 및 방수 공사 간 조율 |
이 두 프로젝트는 한국 내 두 가지 주요 태양광 설치 환경—불규칙한 지형 위의 지상형 어레이와 기존 금속 지붕 산업용 건물 위의 옥상형 시스템—에서 축적된 경험을 함께 보여준다.
슈퍼 솔라는 지상형 및 옥상형 PV 프로젝트용 태양광 지지 솔루션(프로젝트 요구 사항에 따라 선정된 지지 구조 및 부품 포함)을 공급한다.
해당 기업의 한국 프로젝트 실적은 메가와트 규모의 지상형 및 옥상형 설치 사례를 모두 포함한다. 현지 자회사 JS ENC CO., LTD.와 한국어 비즈니스 지원을 통해 수퍼 솔라(Super Solar)는 현지 고객과 프로젝트 요구사항, 제품 선정, 조율 등에 대해 원활히 소통할 수 있다.
설치 장소 위치, 설치 유형, 모듈 사양, 옥상 형상 또는 지반 조건, 프로젝트 설계 요구사항 등을 검토한다.
관련 레일, 클램프, 서포트, 기초 또는 고정 부품을 포함한 적합한 마운팅 구성 방식을 도출한다.
구조 검증에 필요한 정보를 조율하며, 여기에는 프로젝트 특화 풍하중 및 적설 조건, 연결 세부사항, 설치 제약조건 등이 포함된다. 최종 구조 계산 및 승인은 해당 프로젝트를 담당하는 자격 있는 전문가가 완료해야 한다.
제품 사양, 제조 및 납기 요구사항을 프로젝트 일정 및 설치 팀과 조율합니다.
JS ENC CO., LTD.의 한국어 지원을 활용하여 현지 고객 및 프로젝트 이해관계자와의 소통을 원활히 합니다.
주요 고려 사항에는 현장별 바람 및 적설 하중, 지형 또는 지붕 상태, 기초 또는 고정 방식 적합성, 구조 계산, 부식 방지, 배수 및 정비 접근성 등이 포함됩니다. 최종 구성은 적용 가능한 프로젝트 요구사항에 따라 검증되어야 합니다.
네, 현장 조사 및 공학적 검토를 통해 적합한 솔루션이 확인된 경우 가능합니다. 기초 선택, 지지 높이, 행 배치, 시공 접근성 및 구조 정렬을 조율해야 합니다. 일부 현장에서는 모듈 배열에 선택적 간격을 두는 지형 적응형 배치가 적절할 수 있습니다.
기존 건물의 구조적 용량, 지붕 형상, 지지 위치, 클램프 호환성, 바람 하중 및 방수 세부 사항을 평가해야 합니다. 고정 방식은 특정 지붕 구성에 적합해야 하며, 프로젝트의 하중 조건에 대해 검증되어야 합니다.
아니요. 기본 풍속은 풍하중 평가에 사용되는 입력 요소 중 하나일 뿐입니다. 최종 설계는 적용 가능한 표준, 노출 조건, 건물 형상, 지붕 구역, 압력 계수, 하중 조합 및 연결 세부 사항에 따라 달라집니다.
슈퍼 솔라는 한국어로 운영되는 현지 자회사 JS ENC CO., LTD.를 보유하고 있습니다. 고객께서는 프로젝트 요구사항 및 마운팅 시스템 옵션에 대해 담당 팀과 상의하실 수 있습니다.
지상형 태양광 발전소를 개발 중이든 기존 산업용 지붕에 태양광 모듈을 설치하려 하든, 마운팅 솔루션은 실제 현장 조건, 구조적 요구사항 및 설치 계획을 기준으로 선정해야 합니다.
프로젝트 위치, 설치 유형, 모듈 사양 및 마운팅 요구사항에 대해 슈퍼 솔라와 JS ENC CO., LTD.에 문의해 주세요.
슈퍼 솔라는 한국 내 지상형 및 옥상형 PV 적용 분야에서 태양광 마운팅 제품과 엔지니어링 협조를 통해 프로젝트 팀을 지원합니다.
김, J. C., & 김, K. (2018). “광복전지 시스템을 위한 최적 방위각 및 경사각의 지역별 차이 연구: 시스템 어드바이저 모델을 통한 시뮬레이션.” 신재생에너지 , 14(2), 9–20. https://doi.org/10.7849/ksnre.2018.6.14.2.009
이 기사의 프로젝트별 수치는 본 사례 연구를 위해 제공된 프로젝트 정보를 기반으로 한다. 상세한 구조적 주장, 시험 범위, 적용 표준 판본 및 보고된 성능 수치는 공식 기술 또는 규제 제출 전에 원본 프로젝트 문서에서 확인해야 한다.
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