태양 추적 태양광 발전: 경기장을 위한 혁신적인 솔루션

스포츠 시설을 위한 지속 가능한 에너지 솔루션을 향한 중요한 진전의 일환으로, 이탈리아 살레르노 대학교와 나폴리 페데리코 2세 대학교의 연구진은 중소형 스포츠 경기장에 특화된 혁신적인 태양광(PV) 시스템을 개발했습니다. 이 획기적인 설계는 경기장 건축의 맥락에서 태양 에너지를 활용하는 새로운 접근 방식을 제시합니다.

새롭게 개발된 PV 시스템은 금속 지붕 모듈과 가볍고 유연한 PV 패널이 조화롭게 결합된 제품입니다. 가장 주목할 만한 특징 중 하나는 가벼운 구조와 "뛰어난" 강성입니다. 이 연구의 교신 저자인 페르난도 프라테르날리에 따르면, 태양 추적 메커니즘을 작동하도록 설계된 전개형 구조는 정교하게 제작되었습니다. 그는 pv 매거진과의 인터뷰에서 "태양 추적 메커니즘의 전개형 구조는 기존 경기장에 손쉽게 설치할 수 있도록 설계되었습니다."라고 전하며, "기존 지붕 위에 설치된 지지 구조물에 버스 케이블을 적절히 연결하면 어떤 경기장 지붕에도 완벽하게 통합할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

저명한 학술지 Thin-Walled Structures에 게재된 "태양광 추적 기능을 갖춘 태양광 경기장 지붕을 위한 텐세그리티 구조"라는 제목의 논문에서 연구팀은 제안된 설계의 세부 사항을 심층 분석했습니다. 연구팀은 이를 4등급 텐세그리티 시스템으로 분류했는데, 이 등급에서는 구조적 안정성이 인장 부재의 평형에 달려 있다고 설명했습니다.

연구진은 V-익스팬더로 명명된 지붕 구조를 더욱 발전시켰습니다. 이 용어는 텐세그리티 구조 내에 V자 모양의 강체 스트럿이 결합된 형태를 의미합니다. 연구진은 "르네 모트로가 그의 저명한 교과서에서 소개한 최초의 V-익스팬더는 길이가 모두 같은 네 개의 막대로 이루어진 두 개의 그룹으로 배열된 여덟 개의 막대로 구성된 V자 모양의 시스템입니다."라고 설명했습니다. "이번에 개발된 변형 구조는 여덟 개의 막대와 일곱 개의 케이블로 구성된 클래스 4 텐세그리티 구조입니다."

제안된 PV 지붕 커버는 삼각형 금속 지붕 모듈 위에 세워지며, 각 모듈에는 태양 추적 PV 패널이 장착되어 있습니다. 틸팅 메커니즘을 구동하는 동작은 적절한 위치에 전략적으로 배치된 윈치에 의해 시작됩니다. 버스 케이블의 길이를 조절함으로써 시스템은 놀라울 정도로 낮은 에너지 소비율로 동작을 구현할 수 있습니다.

"태양 추적 전략은 텐세그리티 작동 기술을 사용하는데, 이는 스트럿에 연결된 버스 케이블의 나머지 길이를 조정하여 조절됩니다."라고 연구진은 설명했습니다. "이 메커니즘은 PV 스트립으로 덮인 경량 지붕판이 태양 에너지 흡수를 극대화하기 위해 최적의 각도로 기울어지도록 합니다. PV 스트립은 비정질 박막 전지, 유기 PV 전지 또는 유연한 PV 패널로 제작될 수 있습니다. 또한, 구조 분석 시 무게를 신중하게 고려한다면 보다 일반적인 PV 패널도 사용할 수 있습니다."

제안된 접근법은 솔라 루프의 연간 전기 에너지 생산 용량을 크게 향상시킬 것으로 예상됩니다. 고정 경사 솔라 루프와 비교했을 때, 에너지 생산량을 최대 54%까지 증가시킬 수 있습니다. 학자들은 "지역적으로 가변적인 태양 추적 전략은 특히 겨울철에 유리하여 전력 생산량을 최대 80%까지 증가시키는 것으로 나타났습니다."라고 강조했습니다. "정지 상태에서는 리프팅 구조가 경량 텐세그리티 시스템 역할을 합니다."

연구진은 이 시스템이 추가적인 최적화를 위한 상당한 잠재력을 가지고 있다고 믿습니다. 다양한 기울기 각도를 가진 하위 유닛을 배치하거나 2축 태양 추적 장치를 활용하면 성능을 향상시킬 수 있다고 제안합니다. "태양광 경기장 설계 전략에 대한 추가적인 개선으로는 최대 27~28%의 효율을 달성할 수 있는 고효율 실리콘 태양 전지 도입과 양면 전지 통합이 포함될 수 있습니다."라고 연구진은 결론지었습니다. "더 나아가, 텐세그리티 경기장은 대규모 경기장을 수용할 수 있도록 확장될 수 있으며, 이는 스포츠 산업에서 지속 가능한 에너지 솔루션의 새로운 가능성을 열어줄 것입니다."