운량을 고려한 국내 16개 지역의 일사량 예측방법
조덕기* ,강용혁*
*한국에너지기술연구원( dokki j o@ki e r . r e . kr/yhkang@ki e r . r e . kr)
A Study on the Solar Radiation Estimation of 16 Areas in Korea Using Cloud Cover
J o, Dok -Ki * Kang, Young-Heac k *
* Ko r e aI ns t i t ut eo fEne r gyRe s e a r c h( do kki j o @ki e r . r e . kr/yhka ng@ki e r . r e . kr )
Abst r act
Radi at i on dat aar et hebe s ts our c eofi nf or mat i on f ore s t i mat i ng ave r agei nc i de ntr adi at i on.Lac ki ng t hi sor dat af r om ne ar by l oc at i onsofs i mi l arc l i mat e ,i ti spos s i bl et ous ee mpi r i c alr e l at i ons hi pst oe s t i mat er adi at i on f r om daysofc l oudi ne s s .
I ti s ne c e s s ar y t o e s t i mat e t he r e gr e s s i on c oe f f i c i e nt s i n or de rt o pr e di c tt he dai l y gl obalr adi at i on on a hor i z ont als ur f ac e .The r e f or e many di f f e r e nte quat i ons have pr opos e d t o e val uat e t he m f orc e r t ai n ar e as .I n t hi swor kane w c or r e l at i onhasbe e nmadet opr e di c tt hes ol arr adi at i onf or1 6di f f e r e ntar e asove rKor e aby e s t i mat i ngt her e gr e s s i onc oe f f i c i e nt st aki ngi nt oac c ountc l oudc ove r .
Par t i c ul ar l y,t he s t r ai ghtl i ne r e gr e s s i on mode lpr opos e d s hows r e l i abl e r e s ul t s f or e s t i mat i ng t he gl obal r adi at i on on ahor i z ont als ur f ac ewi t h mont hl y ave r agede vi at i on of-0 . 26t o+0 . 5 3% and e ac h s t at i on annual ave r agede vi at i onof-1 . 61t o+1 . 7% f r om me as ur e dval ue s .
Ke ywor ds:태양복사 ( Sol arRadi at i on) ,수평면 전일사량 ( Gl obalRadi at i ononHor i z ont alSur f ac e ) , 운량 ( Cl oudCove r ) ,직선회귀모형 ( St r ai ghtLi neRe gr e s s i onMode l )
1.서 론
태양으로부터 지구표면에 도달되는 복사에 너지는 대기권을 통과하는 사이에 전리층과 오존층에 흡수되며,또한 대기 중의 구름이 나 수증기,이산화탄소,먼지 등에 의해 상당
량이 흡수되거나 산란되어 지표면에 도달되 고 있다.
1 92 2 년 초기에 분광학자인 Angs t r om은 최 초로 월평균 1일 청명일사량에 대한 수평면 전일사량의 비를 그 지방의 월평균 1 일 일조율 즉,월평균 1 일 가조시간에 대한 일조시간의 비
[논문] 한국태양에너지학회 논문집 Journal of the Korean Solar Energy Society
Vol. 30, No. 4, 2010 IS S N 1 5 9 8 - 6 4 1 1
투고일자 :2010년 5월 13일,심사일자 :2010년 5월 25일,게재확정일자 :2010년 6월 7일
교신저자 : 조덕기( dokki j o@ki er . r e. kr )
와의 관계식으로 제시하면서 일사량을 이론 적으로 예측하기 위한 연구가 시작되었다.
또한,일사와 운량의 상호관계를 더욱 발 전시키기 위해 No r r i e s ( 1 9 6 8 ) 에 의해 여러번 재 검토가 시도되었고,또한 Be nne t ( 1 9 6 5 ) 는 일사 율과 운량,그리고 일사율과 일조율과의 상 관관계를 서로 비교하여 일조율이 운량치보 다도 일사율과 더 이상적인 상호관계를 갖는 다는 점을 발견하였다.
이와 같이 일사량은 대기상태 및 특성에 의해 크게 달라짐에 따라 많은 학자들은 일 사량과 관련 기상매개변수 사이에 함수관계 가 있을 것으로 간주하여 이들 간의 상관관 계를 오래 전부터 연구하여 왔다
따라서 본 논문에서는 우리나라 주요지역 에서 최근에 걸쳐 측정된 일사량과 기상매개 변수인 운량과의 상관관계를 도출하여 일사 량 관측이 수행되지 않은 인접 지역들에 적용 할 뿐만 아니라 현재 관측을 수행중인 지역 에 대해서도 일사자료를 추정하여 태양광시 스템 설치를 위한 해당지역의 일사량 예측과 측정자료의 질적수준을 평가하는데 이용하고 자 하였다.
2.일사예측 이론적 배경
전천을 하나로 하여 육안으로 본 구름의 면적과의 비로 표시되는 운량치를 이용한 일사량 예측방법은 1 ) 2 ) 많은 학자들에 의해 연구되어 월평균 1일 대기권밖 일사량에 대 한 수평면 전일사량의 비와 월평균 1일 운량 과의 경험적인 상관관계를 식 ( 1) 과 같이 제 시하였다.
1 )H. P.Gar g,Tr e at i s eon Sol arEne r gy,J ohn Wi l e y Ne w Yor k,1 9 82 .
2 ) Duf f i e J ohn A.and Be c kman Wi l l i am A. ,Sol ar Engi ne e r i ng ofThe r malPr oc e s s ,J ohn Wi l e y &
Sons ,I nc . ,1 9 91
H
Ho =a"+b"C ( 1) 여기서 H o :월평균 1 일 대기권밖 일사량
H/ H o :일사율
C :월평균 1일 운량치 a" , b":운량을 기초로 한 상수 이며,월평균 1일 대기권밖 일사량은 다음 식 의해 산출할 수 있다.
H o =24× 36 00/ π ․G s c [ 1+0. 03 3c os ( 360 d/3 65) ]× [ c os φ c os δ s i n ω s +2 πω s/3 60․s i n φ s i n δ ] ( 2) 여기서 G s c :태양상수 ( 1, 353W/ m 2 )
d :통산일( 通算日) φ :해당지방의 위도 δ :일적위
=2 3 . 4 5s i n( 3 6 0 ․2 8 4 d/3 6 5 ) ω s :일몰시간각
c os ω s=-t an φ t an δ 그러나 위 식은 일사와 운량의 상호관계를 더욱 발전시키기 위해 Nor r i e s ( 1 968 ) 에 의해 여러 번 재검토가 시도되었다.
3.일사예측 상관식 산출
예측기법에 적용되는 인자로서는 해당지역 수평면 전일사량과 운량으로 표 1 에서 보는바 와 같이 전국 주요 1 6 개 지역을 선정하여 이들 지역에서 ' 8 2 . 1~ 2 0 0 8 . 1 2기간 동안에 측정된 2 7 년간의 시간별 데이터( 3 , 7 8 4 , 3 2 0개) 를 이용하였 으며,하늘을 덮고 있는 구름의 양인 운량 관련 기상자료는 동기간 동안에 기상청에서 발행한
“ 기상년․월보”1 일 자료 3 ) 를 사용하였다.
또한,이들 인자 중 수평면 전일사량은 한국에 너지기술연구원 측정네트워크에서 미국 Eppl e y
3 )기상청,“ 기상년․월보” ,1 98 2~ 2 0 08 .
사에서 제작한 수평면일사계와 미국 Va i s a l a 사 의 데이터수집장치에 의해 관측되었으며,이에 대한 측정기기의 규격은 표 2 와 표 3 과 같다.
일반적으로 운량에 의한 일사예측 방법에 서 지역상수 a" ,b"값은 표준치의 회귀함수 로 나타나며,각 측정지역에서 관측된 수평면 전일사량,운량 등의 기상자료를 기초로 최소 자승법 4 ) 을 사용하여 다음 식과 같이 산출할 수 있다.
지역명 지역번호 위 도 경 도 고도( m) 춘 천 1 0 1 3 7
o54 ' 1 27
o4 4 ' 74 . 0 강 릉 1 0 5 3 74 5 1 2 85 4 2 6. 0 서 울 1 0 8 3 73 4 1 2 65 8 8 5. 5 원 주 1 1 4 3 72 0 1 2 75 7 1 4 9. 8 서 산 1 2 9 3 64 6 1 2 62 8 1 9. 7 청 주 1 3 1 3 63 8 1 2 72 6 5 9. 0 대 전 1 3 3 3 62 2 1 2 72 2 6 7. 2 포 항 1 3 8 3 60 2 1 2 92 4 2. 5 대 구 1 4 3 3 55 3 1 2 83 7 5 7. 8 전 주 1 4 6 3 54 9 1 2 70 9 5 1. 2 광 주 1 5 6 3 51 0 1 2 65 3 7 0. 3 부 산 1 5 9 3 50 6 1 2 90 2 6 9. 2 목 포 1 6 5 3 44 9 1 2 62 2 3 6. 5 제 주 1 8 4 3 33 1 1 2 63 2 2 2. 0 진 주 1 9 2 3 51 2 1 2 80 6 2 1. 5 영 주 2 7 2 3 65 2 1 2 83 1 2 0 9. 5 표 1 .일사예측 시뮬레이션을 위한 선정지역 명세
구 분 규 격
감 도
임피던스 수 감 부 온도의존도 직 선 도 반응시간 코싸인특성
방위특성
보 정
약 9mV/ W/ m
2약 6 5 0o hms 1c m
2의 원형
±1% ( 대기온도-2 0
oC~ +4 0
oC)
±0 . 5% ( 0~ 2 8 0 0W/ m
2) 1 초 ( 1 / e신호)
±1% ( 천정각 0
o~ 7 0
o)
±3% ( 천정각 7 0
o~ 8 0
o) 영향 없음
약 1c a l / c m
2/ mi n( 대기온도 +2 5
oC) 표 2 .수평면일사계의 규격 ( 미 Eppl ey 사 모델 PSP)
4 )Mont ogome r y,Dougl asC. ,De s i gn andAnal ys i sof Expe r i me nt al( Thi r d Edi t i on) ,J ohn Wi l e y & Sons , I nc . ,19 8 1.
구 분 규 격
아날로그 입력 -해 -입력전압 -정확도 클럭안정도 측정간격 기억용량 전 원 작동온도 박스재질 크 기 무 게
1 2 비트 ABC 0 . 3 9%
0~ 5V +0 . 1%
+1ppm/ 월 1초 ~ 1 8시간 1 3 6kbyt e
6 . 5AH,1 2V 축전지 -2 0
oC~ +5 0
oC 강철판에 에폭시 처리
3 8 . 7 5( W)×2 5( H)×3 4 . 7 8c m( D) 2 4 . 7 5kg
표 3.데이터수집장치의 규격 ( 미 Vai s al a사 모델 5 7 0 A)
즉, ∑ N
i= 1
[ aX( i )+b-Y( i ) ] 2 의 식이 최 소가 되는 a,b를 구하는 것으로서,
a={ N Σ X( i ) Y( i )-[ Σ X( i ) ][ Σ Y( i ) ] }/
{ N Σ [ X( i ) ] 2 -[ Σ Y( i ) ] 2 } ( 6) b= 1 N [ Σ Y( i )- Σ X( i ) ] ( 7)
이다.또한 R은,
R ={ Σ [ X( i ) -X) ]-[ Y( i )-Y] }/
{ Σ [ X( i )-X] 2 Σ [ Y( i )-Y] 2 } ( 8) 이며,R이 1 에 가까울수록 회귀식이 실측치 와 거의 일치하는 a,b 값들을 계산함을 나 타낸다.
또한,해당 측정지의 지표면에 입사하는 수평면 전일사량을 종속변수로 잡고 여기에 영향을 주는 독립변수로 운량을 선택하는 모 형의 도출을 시도 하였다.
두 변수 x와 y간의 n개의 데이터( x i ,y i ) ,i
=1, 2, …, n에 관한 직선회귀 모형은 다음과 같은 가정아래 표현된다.
y i = β 0 + β 1 x i + ε i ( 9)
[ ε i ~ N( 0 , σ 2 ) 이고 서로 독립]
월 지역
상수 춘천 강릉 서울 원주 서산 청주 대전 포항 대구 전주 광주 부산 목포 제주 진주 영주 1월 a " 1 0 . 5 6 7 2 11 1 . 3 8 8 0 91 0 . 0 5 6 7 91 1 . 2 7 5 2 81 2 . 3 7 3 7 51 1 . 8 9 6 0 51 2 . 0 7 5 8 81 1 . 9 3 8 8 81 1 . 4 0 8 0 31 1 . 4 4 4 3 31 2 . 9 6 3 2 51 2 . 0 3 7 4 21 3 . 1 5 8 6 8 1 3 . 3 5 4 91 2 . 8 7 4 5 51 1 . 2 6 8 7 7
b" -0 . 7 4 7 9-0 . 8 2 9 6 6 -0 . 7 7 3 5-0 . 8 2 7 5 9-0 . 8 3 6 7 3-0 . 8 5 0 8 2-0 . 8 9 4 5 7-0 . 9 4 9 8 2-0 . 8 4 5 5 8-0 . 8 4 2 1 3-0 . 8 8 6 1 9-0 . 8 6 9 8 8-0 . 8 7 4 5 4-1 . 1 2 2 3 2-0 . 9 1 0 0 2-0 . 8 1 0 6 5 R
20 . 6 5 9 6 2 0 . 7 1 1 5 3 0 . 6 2 6 5 3 0 . 6 6 9 8 2 0 . 5 7 7 5 7 0 . 6 2 8 2 9 0 . 6 3 0 2 9 0 . 7 2 4 4 6 0 . 6 4 4 5 3 0 . 6 1 1 3 1 0 . 5 8 5 6 9 0 . 6 0 0 0 4 0 . 5 5 4 8 3 0 . 6 6 8 4 0 . 6 7 8 0 . 7 2 2 2 8 2월 a " 1 4 . 2 0 0 3 8 1 5 . 0 5 6 31 3 . 7 3 2 7 91 4 . 9 4 5 7 91 5 . 8 7 0 5 91 5 . 3 4 8 0 6 1 5 . 9 8 9 61 5 . 9 7 2 5 31 5 . 1 3 5 6 51 4 . 8 9 5 0 31 7 . 0 7 0 9 31 6 . 1 7 3 7 31 7 . 5 6 6 1 41 8 . 3 1 9 8 2 1 6 . 6 1 51 4 . 1 0 5 0 4 b" -0 . 9 3 4 1 9-1 . 0 4 3 7 8-0 . 9 6 5 8 3 -1 . 0 2 6 9-1 . 0 4 6 6 9-1 . 0 6 2 5 1-1 . 1 3 5 4 6-1 . 2 4 3 1 7 -1 . 0 6 5 3-1 . 0 5 9 2 3-1 . 1 9 6 0 9-1 . 2 4 1 4 1-1 . 2 3 5 5 3-1 . 5 2 5 6 9-1 . 1 1 4 8 6-0 . 9 0 0 1 6 R
20 . 2 9 3 7 0 . 6 2 2 9 8 0 . 5 9 7 8 5 0 . 6 2 8 5 3 0 . 6 0 0 4 5 0 . 6 7 4 5 4 0 . 6 6 5 6 4 0 . 7 1 0 1 0 . 6 6 6 5 6 0 . 6 3 3 1 8 0 . 6 3 7 2 5 0 . 6 4 7 0 4 0 . 6 1 8 5 7 0 . 6 8 9 1 7 0 . 6 5 4 4 6 0 . 6 4 0 6 4 3월 a " 1 9 . 5 6 7 3 72 0 . 7 0 7 3 61 8 . 5 1 9 0 12 0 . 2 5 6 1 42 0 . 8 5 1 9 61 9 . 9 7 6 6 22 0 . 8 0 8 3 52 0 . 9 4 6 3 22 0 . 1 0 8 7 21 9 . 8 6 0 8 62 1 . 7 8 8 9 1 2 0 . 4 8 2 22 2 . 7 0 1 4 82 3 . 0 1 0 7 92 1 . 5 9 4 6 12 0 . 0 7 8 4 9 b" -1 . 3 0 2 8 3-1 . 5 0 3 1 7-1 . 2 9 3 8 6 -1 . 3 9 1 1-1 . 3 9 3 0 2-1 . 3 8 1 8 2-1 . 4 7 2 8 8-1 . 5 8 7 1 7-1 . 3 9 0 0 5 -1 . 4 3 6 6-1 . 4 7 6 4 2-1 . 4 3 7 2 5-1 . 6 0 9 1 1-1 . 7 8 0 7 2-1 . 3 7 3 8 7-1 . 4 1 6 0 4 R
20 . 6 0 6 9 7 0 . 6 3 2 2 5 0 . 5 6 6 3 5 0 . 6 2 3 6 8 0 . 5 9 4 1 6 0 . 5 8 8 5 6 0 . 6 6 8 6 5 0 . 6 8 9 3 9 0 . 6 5 3 5 2 0 . 6 6 0 6 5 0 . 6 2 1 2 1 0 . 5 6 3 9 3 0 . 6 5 9 7 5 0 . 6 7 5 9 3 0 . 6 0 1 4 6 0 . 6 5 5 3 2 4월 a " 2 3 . 9 5 5 7 62 5 . 2 5 8 3 52 3 . 2 4 5 5 62 4 . 9 8 1 2 62 5 . 5 6 5 3 5 2 4 . 7 0 3 12 5 . 7 7 0 0 72 5 . 6 2 6 0 92 4 . 5 6 7 2 22 4 . 1 2 3 6 22 6 . 2 2 1 6 72 5 . 7 0 9 4 52 7 . 0 6 5 6 32 7 . 0 7 5 5 82 6 . 2 1 4 3 42 4 . 4 7 9 5 8 b" -1 . 6 1 4 3 6-1 . 7 1 9 5 6-1 . 6 5 6 8 2-1 . 7 1 3 7 8-1 . 6 8 3 4 5 -1 . 7 1 1 4-1 . 8 0 7 9 8-1 . 8 8 9 7 2-1 . 7 0 7 6 3-1 . 6 8 4 8 5-1 . 8 0 1 4 6-1 . 8 3 5 7 3-1 . 8 5 3 3 5 -1 . 9 5 9 6-1 . 7 5 7 0 2-1 . 6 6 5 3 9 R
20 . 6 3 3 5 2 0 . 6 3 2 4 3 0 . 6 5 4 8 7 0 . 6 6 2 8 7 0 . 6 4 0 5 0 . 6 6 0 1 1 0 . 6 9 4 6 1 0 . 7 0 5 2 8 0 . 6 8 3 9 6 0 . 6 7 0 3 7 0 . 6 6 8 6 2 0 . 6 1 1 7 9 0 . 6 8 6 5 3 0 . 7 0 8 7 9 0 . 6 5 1 2 9 0 . 7 1 5 9 5월 a " 2 8 . 2 4 0 8 22 9 . 0 3 1 6 92 6 . 8 2 9 9 12 8 . 5 8 7 7 72 9 . 4 7 9 6 82 8 . 1 9 4 2 12 8 . 2 7 1 0 22 8 . 6 3 1 1 12 7 . 8 5 6 8 12 7 . 1 0 3 8 82 9 . 4 7 1 0 22 8 . 5 5 6 3 2 3 0 . 1 9 8 22 9 . 8 0 4 4 32 9 . 1 4 7 3 92 8 . 1 9 2 9 4 b" -1 . 9 1 3 3 8-1 . 9 5 3 9 6-1 . 9 2 3 2 7-1 . 9 5 3 0 6-2 . 0 0 4 6 3-1 . 9 2 0 0 3 -1 . 9 6 1 2-2 . 0 7 0 2 1-1 . 9 2 9 8 5-1 . 8 7 6 0 5-2 . 0 4 5 8 1-2 . 0 3 6 5 9-2 . 1 1 8 3 5-2 . 0 8 0 5 9-1 . 9 5 7 0 2-1 . 9 0 3 6 3 R
20 . 6 7 3 0 4 0 . 6 3 9 1 1 0 . 6 7 4 2 2 0 . 6 8 3 8 7 0 . 6 8 2 0 8 0 . 6 8 4 5 5 0 . 6 7 5 7 2 0 . 7 2 0 4 3 0 . 6 8 7 3 5 0 . 6 9 6 3 8 0 . 7 0 5 5 8 0 . 6 7 1 4 6 0 . 7 2 7 3 1 0 . 6 7 9 6 7 0 . 6 5 8 3 6 0 . 6 7 1 6 2 6월 a " 3 0 . 9 6 0 43 2 . 0 2 5 4 82 8 . 2 9 6 9 13 0 . 6 5 9 4 63 1 . 5 1 0 9 5 2 9 . 8 3 53 0 . 2 2 3 3 53 0 . 7 1 8 9 52 9 . 9 4 2 4 5 2 8 . 3 5 2 83 1 . 1 4 0 8 63 1 . 2 4 4 3 13 2 . 4 0 4 8 33 2 . 3 0 3 1 83 1 . 1 0 3 6 93 1 . 2 1 8 9 9 b" -2 . 1 3 3 5 5 -2 . 2 7 4 1-2 . 0 3 9 0 9-2 . 0 7 9 9 8-2 . 1 8 0 5 1-2 . 0 3 6 7 1-2 . 1 0 3 6 7-2 . 1 9 4 2 4-2 . 0 9 9 2 5-1 . 9 3 4 4 8-2 . 1 9 1 5 4-2 . 2 8 8 1 8-2 . 3 1 9 9 9-2 . 2 7 1 5 9-2 . 1 2 9 9 1-2 . 1 7 1 9 5 R
20 . 6 9 0 5 0 . 6 9 1 8 7 0 . 6 8 4 7 1 0 . 6 8 2 8 6 0 . 6 7 9 4 9 0 . 6 8 4 5 2 0 . 6 7 8 1 2 0 . 6 7 7 1 9 0 . 6 8 1 9 4 0 . 6 4 4 8 7 0 . 6 5 3 0 5 0 . 6 4 4 6 6 0 . 7 1 9 0 2 0 . 6 3 9 9 7 0 . 6 1 4 3 8 0 . 6 6 5 8 4 7월 a " 3 2 . 9 4 7 0 53 1 . 7 0 6 8 12 7 . 3 5 7 1 83 2 . 9 5 6 1 73 1 . 5 8 6 6 23 0 . 1 3 0 6 93 1 . 5 7 6 9 12 9 . 9 6 9 5 22 9 . 6 2 9 8 6 2 8 . 5 2 8 33 1 . 2 7 7 2 6 3 0 . 0 8 5 2 3 2 . 4 2 93 1 . 0 6 5 1 43 1 . 1 4 6 6 43 1 . 7 2 0 7 4 b" -2 . 4 9 5 4-2 . 3 3 3 8 7 -2 . 0 9 4 6-2 . 4 5 9 5 6-2 . 3 1 2 8 4 -2 . 1 7 5 6-2 . 3 7 5 3 7-2 . 2 1 6 9 6-2 . 1 6 0 0 7-2 . 0 7 7 0 9-2 . 2 6 9 5 3-2 . 2 2 5 8 8-2 . 3 4 5 6 3 -2 . 2 1 2 6-2 . 2 3 7 4 1-2 . 3 1 5 0 6 R
20 . 6 5 0 . 6 5 2 8 7 0 . 6 1 4 9 9 0 . 6 6 7 2 4 0 . 6 8 1 4 8 0 . 6 5 2 3 0 . 6 6 7 3 3 0 . 7 0 8 0 9 0 . 6 8 6 4 1 0 . 6 2 9 5 8 0 . 5 9 3 5 8 0 . 6 5 8 5 7 0 . 6 8 1 8 0 . 7 0 7 1 5 0 . 6 6 0 5 3 0 . 6 5 7 8 7 8월 a " 2 8 . 6 7 4 8 32 8 . 8 6 8 8 5 2 4 . 1 3 0 92 8 . 5 7 2 8 92 7 . 5 4 0 1 12 6 . 8 2 3 6 82 8 . 0 2 4 8 4 2 6 . 4 2 3 42 6 . 2 1 4 5 32 5 . 1 4 3 6 12 6 . 3 8 7 1 52 7 . 0 3 1 7 9 2 8 . 7 1 12 9 . 4 6 0 7 9 2 8 . 4 0 3 62 7 . 9 3 7 3 3 b" -2 . 0 6 6 7 7-2 . 1 6 9 5 5-1 . 7 5 1 8 8-2 . 0 4 6 0 7-1 . 9 7 0 6 9-1 . 9 2 4 6 4-2 . 0 5 0 2 3-1 . 9 0 5 5 7-1 . 8 8 3 8 2-1 . 7 9 8 0 3-1 . 7 7 2 1 9-1 . 9 2 5 1 5-1 . 9 6 3 3 2-2 . 2 2 8 7 8 -1 . 9 9 8 9-2 . 0 6 1 4 8 R
20 . 6 8 5 5 0 . 7 2 2 5 2 0 . 6 2 4 4 1 0 . 6 9 4 0 9 0 . 7 1 3 1 1 0 . 6 7 4 2 1 0 . 7 0 2 0 . 6 5 9 0 2 0 . 6 9 0 3 2 0 . 6 6 3 1 4 0 . 5 7 1 8 7 0 . 6 3 1 8 0 . 6 8 1 3 5 0 . 7 1 4 7 1 0 . 6 8 3 7 4 0 . 7 0 6 4 2 9월 a " 2 2 . 4 7 1 4 12 3 . 2 1 1 9 12 0 . 0 6 2 3 32 3 . 4 2 2 2 52 2 . 0 6 8 2 52 1 . 7 9 1 5 42 2 . 0 0 2 0 42 3 . 1 5 8 9 32 1 . 5 6 7 3 92 0 . 9 0 4 7 92 2 . 7 1 3 6 62 1 . 9 0 9 9 72 3 . 4 2 7 3 72 4 . 9 4 0 1 42 3 . 8 0 2 0 82 1 . 7 1 6 1 6 b" -1 . 5 3 1 8 2-1 . 6 9 3 4 8-1 . 3 7 0 3 5-1 . 5 9 6 2 1-1 . 4 6 0 8 1-1 . 4 6 1 6 1-1 . 5 0 8 8 3-1 . 7 6 6 2 9-1 . 5 0 7 0 7-1 . 4 0 4 0 7 -1 . 5 3 3 8-1 . 5 5 9 2 1-1 . 5 9 1 0 6-1 . 9 1 1 1 4-1 . 6 1 8 7 3-1 . 3 7 7 5 5 R
20 . 6 1 7 1 3 0 . 6 9 5 4 2 0 . 6 0 2 2 3 0 . 6 4 8 7 4 0 . 6 7 9 8 2 0 . 6 3 5 9 1 0 . 6 7 6 4 9 0 . 6 9 3 4 6 0 . 6 8 2 1 2 0 . 6 5 1 6 3 0 . 6 4 5 9 1 0 . 6 4 3 3 0 . 7 0 6 4 4 0 . 7 1 8 7 4 0 . 6 5 3 0 3 0 . 6 3 4 9 4 1 0 월 a " 1 5 . 6 5 8 7 31 6 . 4 9 2 3 11 4 . 6 9 2 6 11 6 . 3 9 7 8 71 6 . 7 9 0 4 21 6 . 3 7 4 3 71 6 . 5 1 7 1 61 6 . 4 0 1 6 71 5 . 7 1 8 1 71 5 . 9 6 5 6 91 7 . 2 2 6 1 81 6 . 6 1 3 2 91 8 . 0 5 6 4 81 9 . 0 5 9 5 11 8 . 1 8 1 9 91 6 . 0 4 1 5 9 b" -0 . 9 8 6 2 2-1 . 1 4 0 9 7-0 . 9 4 2 4 8-1 . 0 1 7 8 2-1 . 0 7 2 6 9-1 . 0 5 2 4 6-1 . 0 6 7 3 7-1 . 0 9 0 0 8 -0 . 9 8 6 7-1 . 0 5 2 1 8-1 . 0 7 6 9 6-1 . 0 8 0 2 5-1 . 1 5 2 9 8-1 . 4 1 1 6 7-1 . 0 7 9 4 7-1 . 0 0 5 8 8 R
20 . 5 0 5 4 3 0 . 6 2 8 6 4 0 . 5 1 2 4 8 0 . 5 2 0 8 3 0 . 5 9 0 0 2 0 . 5 7 7 2 2 0 . 5 6 2 7 5 0 . 5 7 8 6 4 0 . 5 6 3 2 5 0 . 5 9 6 6 7 0 . 5 6 9 0 6 0 . 5 5 5 5 6 0 . 6 3 8 4 4 0 . 6 7 0 6 9 0 . 5 5 8 5 4 0 . 5 9 1 9 4 1 1 월 a " 1 1 . 7 8 3 11 2 . 2 1 7 1 81 0 . 7 1 3 3 41 2 . 0 5 6 3 61 2 . 6 4 8 0 71 2 . 3 7 4 5 41 2 . 4 5 2 3 51 2 . 4 9 2 6 31 1 . 6 5 6 4 11 1 . 8 4 6 6 51 3 . 2 9 4 6 61 2 . 6 5 3 7 11 3 . 6 2 4 5 11 4 . 3 6 1 4 81 3 . 5 2 6 7 81 1 . 6 5 5 5 7 b" -0 . 8 8 6 4 4-0 . 9 3 6 5 2-0 . 8 1 7 6 1-0 . 8 9 4 8 3-0 . 8 9 1 5 4-0 . 8 9 3 9 1-0 . 8 9 6 4 2-0 . 9 3 2 5 6-0 . 7 9 5 2 5-0 . 8 4 5 3 8 -0 . 8 9 7 9-0 . 8 9 8 3 1-0 . 9 3 4 0 3 -1 . 1 3 7 9-0 . 8 5 9 6 2-0 . 8 2 1 8 2 R
20 . 6 5 5 3 5 0 . 7 1 7 6 7 0 . 6 0 3 9 7 0 . 6 5 3 0 4 0 . 2 9 5 7 4 0 . 6 6 2 6 6 0 . 6 1 6 3 2 0 . 6 6 7 1 9 0 . 6 1 4 4 4 0 . 6 2 0 5 1 0 . 6 4 0 0 3 0 . 6 0 8 5 7 0 . 6 1 7 0 . 7 1 5 3 2 0 . 6 1 4 5 2 0 . 6 6 1 5 9 1 2 월 a " 9 . 4 4 9 0 91 0 . 0 7 2 0 9 8 . 5 9 6 9 7 9 . 9 6 8 7 81 0 . 5 3 7 7 8 1 0 . 0 7 0 81 0 . 5 2 7 6 11 0 . 4 2 1 5 4 9 . 8 8 6 2 31 0 . 0 4 5 0 71 1 . 0 6 0 1 11 0 . 5 1 6 6 71 1 . 3 0 9 4 71 1 . 9 3 1 6 71 1 . 4 8 1 4 5 9 . 8 2 5 0 3 b" -0 . 6 8 7 4 5-0 . 7 1 5 4 1-0 . 6 1 4 4 2-0 . 7 1 5 2 4-0 . 6 8 5 8 2-0 . 6 9 9 6 9-0 . 7 4 7 6 8-0 . 7 5 9 5 3-0 . 6 6 6 0 4-0 . 7 2 3 5 3-0 . 7 1 9 1 2-0 . 7 3 4 0 5-0 . 7 3 5 0 2-0 . 9 9 0 6 2-0 . 7 3 5 7 2-0 . 6 9 3 7 8
R
20 . 6 8 1 4 3 0 . 6 7 6 3 9 0 . 5 7 7 9 5 0 . 6 5 7 2 8 0 . 5 3 0 2 8 0 . 5 9 0 8 5 0 . 5 7 8 9 8 0 . 6 3 0 3 9 0 . 5 5 7 0 8 0 . 6 1 0 0 9 0 . 5 4 2 4 1 0 . 5 3 1 3 7 0 . 5 8 7 1 2 0 . 7 0 9 7 5 0 . 6 1 5 3 2 0 . 6 8 8 7
표 4 . 우리나라 주요 지역별 수평면 전일사량 -운량 지역상수 값
β 0 , β 1 은 미지의 모수
x는 I 번째 주어진 고정된 x의 값 i=1, 2, …, n
먼저 직선회귀모형의 독립변수에 대한 회귀 분석을 고려해 보면,종속변수 y와 독립변수 x 사이에 다음과 같은 관계식이 성립한다.
H = β 0 + β 1 x+ ε ( 10 )
여기서,H :해당 관측지의 1 일 수평면 전일사량
x:해당 관측지의 1 일 운량 으로 표현된다.
여기서 β 0 , β 1 은 미지의 모수이며, ε 는 측 정오차로서 N( 0, σ 2 ) 의 분포에 따르고 상호 독립이라고 가정한다.
따라서,식 ( 1 0) 을 토대로 해당 지역의 지 표면에 입사하는 수평면 전일사량을 종속변 수로 잡고 여기에 영향을 주는 독립변수로 운 량을 선택하여 독립변수와 종속변수간의 관 련성을 함수의 형태로서 표 4에서 보는바와 같이 우리나라 주요지역과 그 인접지역에서 공히 적용할 수 있는 기후지역상수 a" ,b" 값 을 직선회귀모형 식으로 월별로 제시하였다.
월
지역 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 전년 춘천 4 0 3 8 4 7 4 5 5 3 6 1 7 4 6 5 5 8 4 8 4 8 4 3 5 2 강릉 3 5 4 1 5 0 5 1 5 6 6 9 7 5 6 9 6 2 4 5 3 9 3 2 5 2 서울 3 8 3 8 4 6 4 5 5 2 6 1 7 4 6 4 5 3 3 9 4 0 3 9 4 9 원주 4 1 4 2 5 0 4 8 5 4 6 4 7 4 6 6 5 9 4 5 4 4 4 1 5 2 서산 4 9 4 3 4 7 4 7 5 2 6 2 7 3 6 0 5 2 4 1 4 7 4 9 5 2 청주 4 4 4 2 4 7 4 5 5 0 6 1 7 1 6 1 5 5 4 2 4 5 4 2 5 0 대전 4 4 4 2 4 6 4 6 5 0 6 2 6 9 6 0 5 4 4 0 4 3 4 2 5 0 포항 3 3 3 7 4 6 4 5 5 0 6 3 6 7 6 0 6 0 4 2 3 4 2 8 4 7 대구 3 5 3 8 4 7 4 6 5 0 6 3 6 9 6 3 5 9 4 0 3 7 3 1 4 8 전주 4 6 4 5 4 8 4 6 5 1 6 2 6 9 6 0 5 4 3 9 4 3 4 5 5 1 광주 5 2 4 8 5 2 4 9 5 4 6 7 7 3 6 2 5 7 4 2 4 7 4 9 5 4 부산 3 4 3 9 4 8 4 9 5 3 6 5 6 8 5 9 5 8 4 1 3 5 2 8 4 8 목포 5 6 5 0 5 0 4 9 5 2 6 4 6 9 5 6 5 3 4 0 4 5 5 2 5 3 제주 7 3 6 5 6 1 5 4 5 6 6 8 6 1 5 8 6 0 5 0 5 6 6 5 6 1 진주 3 6 3 8 4 9 5 1 5 4 6 8 7 1 6 4 6 1 4 5 4 1 3 2 5 1 영주 3 5 3 9 4 7 4 6 5 0 6 2 7 2 6 3 5 5 4 0 3 9 3 3 4 8 평균 4 3 4 3 4 9 4 8 5 2 6 4 7 1 6 2 5 7 4 2 4 3 4 1 5 1
표 5 .전국 주요지역의 월별 연평균 1 일 운량 값( 1 9 8 2 - 2 0 0 8 ) ( 단위 : 1 / 1 0 )
그러나,표 5에서 보는바와 같이 전월을 통 하여 운량 값이 적은달인 10 월과 1 2월에 대부 분 지역에서 상관도가 0. 6이하로 나타나 운량 값이 적을수록 일사와의 상관관계가 낮게 나 타났으며,지방도시보다는 대도시 일수록 일 사와의 상관관계가 낮게 나타나는 경향을 보 였다.
이와 같은 원인은 측정기기에 의한 일반 기 상관측과는 달리 운량관측은 관측자의 목측 에 의해 이루어지기 때문에 각기 다른 관측자 의 관측관점에 따라 운량이 적은 날 뿐만 아 니라 대도시 일수록 지방도시보다는 매연,부 유분진,배기가스 등에 의한 대기오염으로 운 량측정이 목측에 의해 판단하기에는 상당한 차이를 나타내기 때문으로 생각한다.
4.시뮬레이션에 의한 측정일사량과의 비교분석 우리나라 주요 지역별로 임의의 기간의 수 평면 전일사량을 예측하기 위한 시뮬레이션 을 일사-운량에 의한 방법을 적용하여 주요 1 6개 지역을 선정하여 198 2~ 2 008 년도에 측 정된 실측일사량과 비교하였으며,그 비교결 과를 표 6과 그림 1과 그림 2에 제시하였다.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5
일사량 (kWh/m2/day)
( 월 )
예 측 치 실 측 치그림 1 .우리나라 주요 1 6 개 지역의 월별 일평균 수평면
전일사량 예측치와 실측치
지 역 월
구분 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 평균
춘 천
예측치 2 . 11 2 . 96 3 . 7 3 4 . 6 4 5. 0 3 4. 9 9 4 . 02 4 . 23 3 . 7 8 3 . 0 3 2. 0 9 1. 8 0 3. 5 3 실측치 2 . 09 2 . 88 3. 7 4 . 6 1 5. 0 4 4. 9 7 4 . 05 4 . 22 3 . 7 7 3 . 0 1 2. 0 9 1. 8 1 3. 5 2 오차 ( %) 0 . 96 2 . 78 0 . 8 1 0 . 6 5 -0. 2 0 0 . 4 -0 . 74 0 . 24 0 . 2 7 0 . 6 6 0 -0. 5 5 0. 2 8 강 릉
예측치 2 . 36 2 . 99 3 . 6 6 4 . 5 8 5. 0 3 4. 5 4 3 . 94 3 . 86 3 . 5 3 3 . 1 6 2. 3 8 2. 1 6 3. 5 2 실측치 2 . 35 2 . 99 3 . 6 7 4 . 5 9 4. 9 9 4. 5 6 3 . 96 3 . 84 3 . 5 5 3 . 1 6 2. 3 9 2. 1 5 3. 5 2 오차 ( %) 0 . 43 0 -0 . 2 7 -0 . 2 2 0 . 8 -0. 4 4 -0 . 51 0 . 52 -0 . 5 6 0 -0. 4 2 0. 4 7 0 서 울
예측치 1 . 98 2 . 79 3 . 4 9 4 . 3 9 4. 6 8 4. 4 1 3 . 29 3 . 59 3 . 5 6 3 . 0 6 2. 0 7 1. 7 2 3. 2 5 실측치 1 . 97 2 . 78 3 . 5 0 4 . 3 7 4. 6 9 4. 3 5 3 . 25 3 . 6 3 . 5 3 3 . 0 3 2. 0 6 1. 7 3 3. 2 4 오차 ( %) 0 . 51 0 . 36 -0 . 2 9 0 . 4 6 -0. 2 1 1. 3 8 1 . 23 -0 . 28 0 . 8 5 0 . 9 9 0. 4 9 -0. 5 8 0. 3 1 원 주
예측치 2 . 19 2 . 95 3 . 6 9 4 . 6 6 5. 0 1 4. 8 2 4 . 10 4 . 19 3 . 8 9 3 . 2 8 2. 2 6 1. 9 6 3. 5 8 실측치 2 . 11 2 . 88 3 . 6 3 4 . 5 8 5. 0 0 4. 8 3 3 . 97 4 . 15 3 . 7 6 3 . 1 9 2. 2 0 1. 8 9 3. 5 2 오차 ( %) 3 . 79 2 . 43 1 . 6 5 1 . 7 5 0. 2 0 -0. 2 1 3 . 27 0 . 96 3 . 4 6 2 . 8 2 2. 7 3 3. 7 0 1. 7 0 서 산
예측치 2 . 30 3 . 16 3 . 9 7 4 . 9 0 5. 2 9 5. 0 0 4 . 08 4 . 37 4 . 0 2 3 . 4 4 2. 3 5 1. 9 9 3. 7 4 실측치 2 . 29 3 . 17 3 . 9 7 4 . 8 7 5. 3 1 4. 9 8 4 . 06 4 . 38 4 . 0 3 3 . 4 5 2. 3 2 1. 9 8 3. 7 3 오차 ( %) 0 . 44 -0 . 32 0 0 . 6 2 -0. 3 8 0. 4 0 0 . 49 -0 . 23 -0 . 2 5 -0 . 2 9 1. 2 9 0. 5 1 0. 2 7 청 주
예측치 2 . 26 3 . 03 3 . 7 4 4 . 7 2 5. 1 6 4. 8 4 4 . 08 4 . 19 3 . 8 2 3 . 3 2 2. 3 2 1. 9 8 3. 6 2 실측치 2 . 25 3 . 06 3 . 7 3 4 . 6 8 5. 1 6 4. 7 9 4 . 07 4 . 17 3 . 8 0 3 . 3 2 2. 2 9 1. 9 4 3. 6 1 오차 ( %) 0 . 44 -0 . 98 0 . 2 7 0 . 8 5 0 1. 0 4 0 . 25 0 . 48 0 . 5 3 0 1. 3 1 2. 0 6 0. 2 8 대 전
예측치 2 . 26 3 . 12 3 . 9 0 4 . 8 5 5. 1 3 4. 7 7 4 . 22 4 . 37 3 . 8 5 3 . 4 0 2. 3 9 2. 0 5 3. 6 9 실측치 2 . 26 3 . 13 3 . 8 9 4 . 8 4 5. 1 1 4. 7 0 4 . 16 4 . 32 3 . 8 4 3 . 4 0 2. 4 0 2. 0 4 3. 6 7 오 차 0 -0 . 32 0 . 2 6 0 . 2 1 0. 3 9 1. 4 9 1 . 44 1 . 16 0 . 2 6 0 -0. 4 2 0. 4 9 0. 5 4 포 항
예측치 2 . 44 3 . 16 3 . 7 9 4 . 7 6 5. 0 8 4. 6 9 4 . 20 4 . 16 3 . 4 9 3 . 2 8 2. 5 9 2. 3 0 3. 6 6 실측치 2 . 43 3 . 16 3 . 7 9 4 . 7 3 5. 0 9 4. 6 7 4 . 09 4 . 13 3 . 4 7 3 . 2 6 2. 5 9 2. 3 0 3. 6 4 오차 ( %) 0 . 41 0 0 0 . 6 3 -0. 2 0 0. 4 3 2 . 69 0 . 73 0 . 5 8 0 . 6 1 0 0 0. 5 5 대 구
예측치 2 . 35 3 . 08 3 . 7 7 4 . 6 4 5. 0 6 4. 6 4 4 . 09 3 . 99 3 . 5 2 3 . 2 7 2. 4 2 2. 1 7 3. 5 8 실측치 2 . 31 3 . 05 3 . 8 4 4. 7 5. 0 5 4. 6 5 4 . 07 3 . 98 3 . 5 5 3 . 2 6 2. 4 3 2. 1 6 3. 5 9 오 차 1 . 73 0 . 98 -1 . 8 2 -1 . 2 8 0. 2 0 -0. 2 2 0 . 49 0 . 25 -0 . 8 5 0 . 3 1 -0. 4 1 0. 4 6 -0. 2 8 전 주
예측치 2 . 1 2 . 81 3. 6 4 . 5 5 4. 8 7 4. 5 4 3 . 94 3 . 99 3. 7 3 . 2 9 2. 2 8 1. 8 9 3. 4 7 실측치 2 . 1 2 . 82 3. 6 4 . 5 7 4. 8 9 4. 5 3 3 . 93 4 . 01 3 . 6 8 3 . 2 9 2. 2 7 1. 8 8 3. 4 6 오차 ( %) 0 -0 . 35 0 -0 . 4 4 -0. 4 1 0. 2 2 0 . 25 -0 . 5 0 . 5 4 0 0. 4 4 0. 5 3 0. 2 9 광 주
예측치 2 . 32 3 . 15 3 . 9 2 4 . 8 3 5. 1 2 4. 5 7 4 . 09 4 . 28 3 . 8 8 3 . 5 3 2. 5 2 2. 0 9 3. 6 9 실측치 2 . 31 3 . 13 3 . 9 2 4 . 8 1 5. 1 3 4. 6 0 4 . 10 4 . 28 3 . 9 0 3 . 5 4 2. 5 3 2 . 1 3. 6 9 오차 ( %) 0 . 43 0 . 64 0 0 . 4 2 -0. 1 9 -0. 6 5 -0 . 24 0 -0 . 5 1 -0 . 2 8 -0 . 4 -0. 4 8 0 부 산
예측치 2 . 52 3 . 15 3 . 7 7 4 . 6 4 4. 9 3 4. 5 5 4 . 15 4 . 35 3 . 5 8 3 . 3 8 2. 6 4 2. 3 5 3. 6 7 실측치 2 . 57 3 . 28 3 . 8 4 4 . 6 3 5. 0 1 4. 6 1 4 . 21 4 . 42 3 . 6 3 3 . 4 5 2 . 7 2. 3 9 3. 7 3 오차 ( %) -1 . 95 -3 . 96 -1 . 8 2 0 . 2 2 -1. 6 0 -1. 3 0 -1 . 43 -1 . 58 -1 . 3 8 -2 . 0 3 -2. 2 2 -1. 6 7 -1. 6 1 목 포
예측치 2 . 29 3 . 16 4 . 0 7 4 . 9 9 5. 3 3 4. 8 8 4 . 51 4 . 92 4 . 1 6 3 . 7 3 2. 6 2 2. 0 8 3 . 9 실측치 2 . 30 3 . 16 4 . 0 5 5 . 0 0 5. 3 2 4. 9 0 4 . 50 4 . 90 4 . 1 6 3 . 7 4 2. 6 1 2. 0 9 3 . 9 오차 ( %) -0 . 43 0 0 . 4 9 -0 . 2 0 0. 1 9 -0. 4 1 0 . 22 0 . 41 0 -0 . 2 7 0. 3 8 -0. 4 8 0 제 주
예측치 1 . 43 2 . 33 3 . 3 8 4 . 5 8 5. 0 4 4. 6 8 4 . 88 4 . 59 3 . 7 4 3 . 3 3 2. 2 2 1. 5 3 3. 4 8 실측치 1 . 44 2 . 35 3 . 4 0 4 . 5 4 5. 0 3 4. 6 8 4 . 92 4 . 60 3 . 7 4 3 . 3 3 2. 2 3 1. 5 0 3. 4 8 오차 ( %) -0 . 69 -0 . 85 -0 . 5 9 0 . 8 8 0. 2 0 0 -0 . 81 -0 . 22 0 0 -0. 4 5 2. 0 0 0 진 주
예측치 2 . 67 3 . 44 4 . 1 3 4 . 7 9 5. 1 6 4. 6 2 4 . 24 4 . 34 3 . 8 7 3 . 7 0 2. 7 8 2. 5 4 3. 8 5 실측치 2 . 68 3 . 42 4 . 1 1 4 . 8 8 5. 1 4 4. 6 1 4 . 28 4 . 34 3 . 8 5 3 . 6 8 2. 7 9 2. 5 1 3. 8 6 오차 ( %) -0 . 37 0 . 58 0 . 4 9 -1 . 8 4 0. 3 9 0. 2 2 -0 . 93 0 0 . 5 2 0 . 5 4 -0. 3 6 1. 2 0 -0. 2 6 영 주
예측치 2 . 32 3 . 04 3 . 6 5 4 . 6 3 5. 0 8 4. 7 5 4 . 24 3 . 81 3 . 9 7 3 . 2 6 2. 3 0 2. 0 8 3. 5 9 실측치 2 . 25 2 . 98 3 . 8 0 4 . 7 2 5. 1 6 4. 8 0 4 . 06 4 . 10 3 . 7 8 3 . 2 8 2. 3 6 2. 0 6 3. 6 1 오차 ( %) 3 . 11 2 . 01 -3 . 9 5 -1 . 9 1 -1. 5 5 -1. 0 4 4 . 43 -7 . 07 5 . 0 3 -0 . 6 1 -2. 5 4 0. 9 7 -0. 5 5 평 균
예측치 2 . 24 3 . 02 3 . 7 7 4 . 7 0 5. 0 6 4. 7 1 4 . 13 4 . 20 3 . 7 7 3 . 3 4 2. 3 9 2. 0 4 3. 6 1 실측치 2 . 23 3 . 02 3 . 7 8 4 . 7 0 5. 0 7 4. 7 0 4 . 11 4 . 21 3 . 7 5 3 . 3 4 2. 3 9 2. 0 3 3. 6 1 오차 ( %) 0 . 45 0 -0 . 2 6 0 -0. 2 0 0. 2 1 0 . 49 -0 . 24 0 . 5 3 0 0 0. 4 9 0
표 6 .우리나라 주요 지역별 수평면 전일사량 -운량 지역상수 값
( 단위 : k Wh/ m2 / day )
*오차( %):[ ( 예측치/ 실측치) -1] ×1 00
3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0
일사량 (kWh/m2/day)
영 주 진 주 제 주 목 포 부 광산 주 전 주 대 구 포 항 대 전 청 주 서 산 원 주 서 울 강 릉 춘 천