Numerous studies have attempted to predict the energy output of solar-powered vehicles based on different parameters such as road conditions, driver characteristics, and weather. However, since these studies were conducted on stationary vehicles, they are limited in their accuracy when applied to driving vehicles. This study aimed to improve the accuracy of electric power prediction for a solar-powered bus by applying a technique that improves energy efficiency without affecting driving performance. A comparative analysis of power generation and solar irradiance data was conducted for the bus driven on different roads to forecast its power generation, and a high-accuracy power generation prediction equation was derived. A comparison with actual test results revealed that a power generation forecast accuracy of at least 90% was achieved, validating the equation used for forecasting. With this power generation prediction process, it is possible to forecast the amount of energy generated in advance when a solar bus is operated in a specific area.

현재 세계의 많은 나라들은 환경문제를 해결하기 위하여 친환경적 에너지 개발에 주력하고 있다. 그 중 유 망한 대체 에너지 원으로 각광받고 있는 태양광 발전과 도로분야를 접목한 태양광 도로에 관하여 미국의 Solar Roadways에서 개발한 태양광 패널의 문제점과 이에 관한 해결방안을 제시하였다. Solar Roadways의 패널 모델 중 SR2라는 모델을 선정하여 위와같은 문제점과 해결방안을 연구하였다. SR2 태양광 패널 모델 의 문제점은 아래의 그림과 같이 6가지로 나눌 수 있다. 먼저 설치관련문제이다. Solar Roadways의 첫 번째 타입 모델은 12ft * 12ft의 정사각형 패널이였다. 하지만 이러한 크기와 모양으로는 여러종류의 도로들을 다루기 어려웠기에 약 4ft의 육각형 모형의 패널을 만들어 언덕이나 커브 등에 설치가 용이하도록 변경하였으며, 더 나아가 다양한 모양과 크기의 패널들을 개발하여 더 큰 유연성을 제공할 수 있음을 확인시켜주었다. 두 번째로 유지관리 문제이다. Solar Roadways의 조사결과 도로의 오일 등의 유출을 제외하고는 흙이나 먼지 등 대부분의 작은 입자들은 도로를 달리는 차량에 의해 날아간다는 것을 확인하였다. 방수 및 재해문제에서는 각 태양광 패널이 전기 부품을 보호하기 위하여 밀폐되어 제작되었다. 즉 패널은 물에 완전히 잠겨도 전기 부품이 보호받는다는 말이다. 또한 비가 내릴 시에 동반되는 천둥, 번개에 관하여도 패널의 겉면이 유리이기에 절연체 역할을 하여 낙뢰로부터 보호를 해주는 역할을 수행한다. 다음으로는 내구성 문제이다. 현재 미국 설계기준의 semi-trailer 하중은 약 36.3Ton이다. 하지만 이 태양광 패널의 하중테스트 무게는 약 114Ton으로 미국 설계기준의 약 3배를 웃도는 숫자임을 확인하였다. 다섯 번째의 문제점은 효율성에 관한 문제이다. 미비하지만 적게나마 자동차의 헤드라이트로도 태양광 패널이 전력을 생산한다는 것을 실험을 통하여 확인하였다고 전했다. 마지막으로 환경 문제인데 오히려 태양광 도로로 전기자동차 이용이 활성화 된다면 최대 온실가스의 약 75%를 감축할 수 있다고 한다. 태양광 도로는 교통을 분담하는 도로가 에너지를 창출하는 일도 함께 하도록 도모하는 공공재의 하이브리드 개념을 접목한 것으로 사유지가 아닌 국유지를 대상으로 하는 점에서 국가 주도의 개발사업이 가능하다는 것이 큰 장점이다. 특히, 도로의 재포장이 급증하는 최근의 국내 도로상황은 이러한 창의적 도전이 가능한 여건을 만들어 주고 있다는 점에서 시사하는 바가 크다.

태양광 패널의 최적 경사각은 한국의 경우 위도 범위인 30∼40도로 상당히 크기 때문에 패널을 지나가는 바람은 필연적으로 유동박리가 수반된다. 본 연구에서는 유동박리가 수반되는 대기유동장 해석시 난류강도 모델링이 우수한 대와류모사(LES)를 이용하여 풍동실험용 축소모형 및 실제규모 태양광 패널에 대한 수치해석을 수행하였다. 태양광 패널에 작용하는 풍하중이 최대가 되는 풍향인 0도와 180도에 대해 해석하고 압력계수를 실측자료와 비교하였다. 패널 경사면을 타고 올라가는 풍향 0도의 경우는 실측자료와 LES로 예측한 압력계수가 잘 일치하였으나 반대로 패널에 부딪쳐 타고 내려가는 풍향 180도의 경우는 실측값과 상당한 차이가 있었다. 패널 위, 아래면의 압력계수의 차이로 정의되는 순압력계수를 산출하고 이를 건축구조기준의 독립된 편지붕의 최소 설계기준과 비교하였으며, 설계기준 범위 이내인 것을 확인하였다.

제한되어 있는 자원으로 인해 최근 신재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있다. 신재생에너지 중에서 도 특히 태양광 발전이 단순한 구조로 이루어져 있고, 위험성이 적어 타 재생에너지 시장보다 빠르게 성 장하고 있다. 따라서 태양광의 발전 효율을 성장시키는 많은 연구가 진행되어 왔다. 태양광 발전은 태양 광 패널의 온도나 패널 표면의 먼지, 눈 등의 오염원에 따라 발전 효율에 영향을 미치지만, 태양전지를 개 발하거나 보완하는 연구가 대부분 이루어지고 있으며 기 개발된 패널의 발전 효율을 높이는 연구는 미비 한 실정이다. 하여 본 연구는 패널 표면의 오염원을 자동으로 청소해주는 클리닝 시스템을 개발하여 적용 유무에 따른 발전 효율을 비교 분석하였다. 2016년 1월 강설 시 테스트를 수행하여 발전 효율 분석한 결 과, 5분 단위로 최대 3.3% 증가하였고, 1시간 동안 약 1% 효율이 증가하는 것으로 분석되었다. 패널 온도 는 클리닝 시스템 적용 유무에 관계없이 유사하게 나타났다. 발전 효율이 미미한 수치로 증가한 것은 적 설량이 적었기 때문인 것으로 유추된다. 향후에 많은 량의 강설 발생 시, 클리닝 시스템을 적용한다면 발 전 효율이 더 증가할 것으로 판단된다. 또한, 이러한 결과에 따라 태양광 발전 시스템 시장에서도 필요한 요소로 성장할 수 있을 것으로 기대된다.

국내 태양광발전 설비는 그간 4.5GW 규모(총 신재생에너지 발전용량의 30%에 해당)로 설치되어 왔으며, 신재생에너지원 중 전년 대비 가장 큰 성장률을 보이고 있다. 2030년까지 전력생산비율의 20%를 재생에너지로 달성하고자 하는 목표(재생에너지 3020)가 제시된 만큼, 앞으로 태양광 설비 역시 크게 확대될 것으로 전망된다. 하지만, 태양광 산업이 성장함에 따라 태양광 폐패널 처리 문제가 크게 부각되고 있다. 태양광이 손상되거나 폐기 시 발생하는 폐패널의 관리체계가 현재 미흡하여 이에 대한 개선이 필요한 상황이다. 2000년대 들어 태양광 사업이 본격적으로 시작되었으나 이후 파손･자연재해 등으로 인해 실 사용기한이 15~20년에 그치고 있으며, 도로용 및 통신전원용의 경우 5년에 불과하여 현재 폐패널이 본격적으로 발생되는 시점에 있다. 특히, 2020년 기점으로 폐패널의 발생량이 크게 증가할 것으로 전망되고 있어 이에 대한 대비가 필요하다. 한편, EU, 일본 등 해외에서는 태양광 폐패널 처리 문제를 미리 인식하여 2010년 초반부터 적정 처리방안을 모색하고, 폐패널의 관리체계 구축 및 재활용 기술 개발을 발빠르게 진행 중에 있다. 특히, EU의 경우 2012년 태양광 폐패널을 WEEE 규제대상에 포함시킴에 따라 생산자 책임 하에 폐기물 처리방안을 마련한 바 있다. 일본 환경성 역시 부적절한 장비 폐기 시의 문제 발생을 우려하여 2015년 태양광 폐패널의 수거, 재활용, 적정처리와 관련한 로드맵을 수립하고, 이에 따른 기술 개발 촉진 및 친환경적 설계, 해체･운반･처리 가이드라인을 제시하고 있다. 이에 본 연구에서는 국내 태양광 패널의 폐기 이후 관리 실태조사를 통해 현황을 파악하고, 국내 여건에 적합한 관리 개선방안을 제시하였다.

Mostly, solar panel support structure has been constructed as flat-type structure. But, it is not harmonized with the existing buildings. Therefore, this study presents the curved support structures and performs the structural analysis for the selection of member size. Also, the structural safety is evaluated through joint experiments and finite element analysis.