4인 가구 하나의 한달 전력 소모량은 400kWh(하루 13.33kWh)
태양상수 1.36kW/m^2
솔라패널의 효율 20%
일조율 50%
흐린 날(일조시간 6시간 미만)이 연속 9일까지 지속될 때가 있음
솔라패널은 정오의 태양광을 수직 경로로 받을 수 있게 설치
뭐, 대충 이런 가정으로 러프한 계산을 해 봤습니다.
솔라패널을 기준으로 할 때 시간에 따른 태양의 고도각은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
6시 이전과 이후에는 h < 0° 으로 태양이 진 상태이고, 6시와 18시는 h = 0° 으로 태양이 지평선에 걸쳐 있는 상태입니다. 그리고 6시와 18시 사이에는 h > 0° 으로 해가 떠 있는 상태이고, 12시에는 솔라패널 기준 h=90° 이 됩니다.
h > 0° 일 때 시간에 따른 단위면적당 솔라패널에 입사되는 태양 복사 에너지 일률의 변화는 다음 그래프와 같이 나타낼 수 있습니다. 피크시의 복사 에너지의 일률은1.36kW/m^2 입니다. 연보라색으로 칠한 면적이 6시에서 18시 까지 입사된 에너지의 총량입니다.
솔라패널에 하루동안 입사되는 복사에너지의 총량은 10.38kWh/m^2가 됩니다. 그리고 효율이 20%라고 가정하면 생산되는 전력량은 2.07kWh/m^2가 됩니다.
여기서부터는 그냥 산수입니다.
한 가구가 하루동안 필요한 전력량은 13.33kWh이고, 일조율을 감안하면 26.66kWh의 전력을 생산할 능력이 있어야 합니다.
(26.66kWh)/(2.07kWh/m^2)=12.8m^2
솔라패널의 총 면적은 12.8m^2가 되어야 합니다. 작은 건 아니지만 지붕에 올릴 수 없는 정도는 아닙니다.
주거형태가 단독주택일 경우에는 솔라패널만으로도 4인 가구에게 필요한 전력량을 생산하는 것이 불가능하지는 않아 보입니다.
문제는 에너지 저장이죠.
기상청 자료에 따르면 서울 지역에서 올해 8월 13일부터 21일 까지 흐린 날(일조시간 6시간 미만)이 9일간 지속되었던 사례가 있습니다. 이런 경우에도 전력이 끊기지 않고 공급되려면 9일치 에너지를 저장할 능력이 있어야 합니다. 단순 계산으로 120kWh의 에너지를 저장할만한 ESS가 필요하다는 거죠. 아래 글에서 소개된 테슬라의 파워월 10kWh 제품이 12개가 필요하다는 계산입니다.
테슬라의 파워월의 대여비용이 연간 544만원이고, 구매비용은 776만원 이라고 합니다. 12개라면 매년 6500만원의 대여료를 지불하고 빌리거나, 9300만원의 돈을 지불하고 구매해야 합니다.
뭐, 미국이면 모르겠는데 한국의 기후 조건상으로는 이래야 하는 것 같습니다.
뭐, 대단히 러프한 계산인데다가 어딘가 틀렸을지도 모르니 참고로만 삼으세요.
추가
이건 그 전에 썼던 글 입니다. 태양광이 원전을 대체하기 위해서는 어떤 조건이 필요한지, 그리고 에너지 저장 설비가 왜 필요한지에 대해 쓴 글 입니다.
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