강릉원주대학교 복사-위성연구소에서 실외 비교관측을 통한 전천일사계 교정

지준범,조일성,김부요,이규태,유명선,이용주,장정필 한국지구과학회 2019 한국지구과학회지 Vol.40 No.2

Although the technology for the observation of solar radiation is rapidly developing worldwide, in Korea the guidelines for comparing observations of solar radiation are only now under preparation. In this study, a procedure for intercomparison observations of solar radiation was established which accounts for meteorological and geographical conditions. The intercomparisons among observations by national reference pyranometers were carried out at the Asia Regional Radiation Center, Japan, in 2017. Recently, the result of the calibration of the reference pyranometer of the Korean Meteorological Administration (KMA) has been reported. Using the KMA pyranometer as a reference, comparisons between observations and calibrations were carried out for the standard (B to J) pyranometers of the KMA, and for the reference (A) and the standard pyranometers of the Gangneung-Wonju National University. The intercomparisons were carried out between October 24 and October 25, 2018. The sensitivity constants were adjusted according to the results of the data analysis performed on October 24. On October 25, a post-comparison observation was also performed, and the data of the participating pyranometers were verified. The sensitivity constants were calculated using only data corresponding to a solar radiation of 450Wm−2 or higher. The B and I pyranometers exhibited a small error (±5Wm−2), and the applied sensitivity constants were in the range 0.08-0.16 µV (Wm−2)−1. For the C pyranometer, the adjustment of the sensitivity constant was the largest, i.e., −0.16 µV ( W m−2)−1. As a result, the nine candidate pyranometers could be calibrated with an average error of 0.06Wm−2 (0.08%) with respect to the KMA reference, which falls within the allowed tolerance of ±1.00% (or ±4.50Wm−2). Keywords: Pyranometer, Calibration, Intercomparison, Sensitivity Constant, World Radiation Center 전세계적으로 일사계 비교관측 기술은 급격히 발전하고 있지만 국내의 경우 일사 비교관측 표준지침을 준비하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 국내 기상 및 지리적 환경을 고려하여 전천일사계의 비교관측 절차를 정립하였다. 2017년 아시아 지역 복사센터에서는 국가표준 일사계들의 비교관측을 통해 일사계 보정이 이루어졌다. 이때 검교정된 기상청 기준기를 이용하여 기상청의 부기준기들과 강릉원주대의 전천일사계의 비교관측 및 검교정이 수행되었다. 비교관측 및 검교정은 2018년 10월 24일부터 10월 25일(2일)까지 수행되었으며 비교관측자료를 분석하여 오차분석 및 검교정을 수행하였다. 보정전 비교관측에 따르면, 전천일사계 부기준기들(B-J)은 기상청 전천일사계 기준기(A)를 기준으로 ±12.0Wm−2 이하의 편차가 나타났고 B와 I 전천일사계는 ±4.0Wm−2 미만의 작은 편차를 보였다. 태양 복사량이 450Wm−2 이상인 자료들을 이용하여 감도정수의 보정값을 계산하였다. B와 I 일사계(오차 ±0.5Wm−2 이하)를 제외한 일사계들(오차 ±5Wm−2 이상)은 0.08-0.16 µV (Wm−2)−1 감도정수 변경이 적용되었다. C 일사계는 감도정수의 변화가 가장 컸으며 감도정수는 −0.16 µV ( W m−2)−1으로 보정하였다. 비교관측에 참가한 9종의 기준기 및 부기준기들의 최종 관측오차는 0.06Wm−2 (0.08%) 이하였으며 허용범위인 ±1.00% (±4.50Wm−2)로 검교정되었다.

일사 관측 자료에 의한 남한의 태양복사 시공간 분포

지준범,김영도,이원학,이규태 한국지구과학회 2011 한국지구과학회지 Vol.31 No.7

This study is to analyze the temporal and spatial distributions of solar radiation in South Korea. Solar radiation data is observed every minute at 22 KMA (Korea Meteorological Administration) stations using pyranometer from January 2000 to August 2007. These data were calibrated using intensive comparative observation and solar radiation model. Intensive comparative observations are accomplished at 22 KMA stations between KNU (Kangnung (Gangneung-Wonju)National University) standard and station instruments during the month of August 2007. The solar radiation of a clear sky mainly is affected by precipitable water, solar altitude and geological height. Also old (raw) data is corrected by the solar radiation model only about clear day and is revised based on the temporal trend of instrument’s sensitivity decrease. At all periods and all stations, differences between raw data (13.31 MJ/day) and corrected data (13.75 MJ/day) are 0.44 MJ/day. So, the spatial distribution of solar radiation is calculated with seasonal and annual mean, and is the relationship with cloud amount is analyzed. The corrected data show a better consistency with the cloud amount than the old data. 이 연구는 남한지역의 시·공간 태양복사 분포를 분석하는 것이다. 2000년 1월부터 2007년 8월 까지 1분 간격으로 저장된 기상청 관할 22개 관측소의 전천일사 관측자료를 이용하였다. 수집한 일사량 관측자료는 시간에 대하여변화하는 일사계 감도정수에 대한 불확실성을 제거하기 위하여 비교관측 결과와 태양복사 모델을 이용하여 보정을 하였다. 보정을 수행하기 위하여 강릉대학교 전천일사계를 22개 관측소의 일사계와 2007년 8월 동안 비교 관측을 하였다. 과거자료는 맑은 날에 대하여 태양복사 모형을 이용하여 시간에 대해 감소하는 일사계의 감도정수를 토대로 보정하였다. 모든 지점 및 모든 기간에 대한 평균은 13.31 MJ/day이며 보정을 통하여 13.75 MJ/day가 되어 0.44 MJ/day의 차이가 나타났다. 보정된 자료로 계절평균 및 연평균 태양복사 분포를 계산하였으며 전운량, 오존전량, 에어로솔 광학 두께, 지표면 알베도, 가강수량과 관계성을 분석하였다. 가장 큰 영향을 미치는 전운량 자료를 보정된 자료와 비교한 결과 과거(원시)자료보다 일관성이 더 높게 나타났다.

전천일사를 이용한 남한 지역 홍반자외선 추정 경험 모델 구성 및 평가

김재민(Jaemin Kim),이윤곤(Yun Gon Lee),김현구(Hyun-Goo Kim),최경배(Kyungbae Choi),조용한(Yong Han Jo),김인혜(In Hye Kim) 한국태양에너지학회 2020 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.10

전천일사를 이용한 남한 지역 홍반자외선 추정 경험 모델 구성 및 평가

김재민(Kim Jaemin),이윤곤(Lee Yun Gon),김현구(Kim Hyun-Goo) 한국태양에너지학회 2020 한국태양에너지학회 논문집 Vol.40 No.6

Ultraviolet (UV; 100~400 nm) radiation, which is a short-wavelength part of the solar spectrum, has harmful effects on the human body, such as skin aging, sunburn, and skin cancer. Because overexposure to UV causes erythema in human skin, the UV erythemal irradiance (UVER) is provided to people as an index of the risks of UV irradiation. In this study, statistical empirical models for estimating surface UVER were developed and evaluated at Gangneung, Pohang, Mokpo, and Gosan sites in South Korea, where UVER and global horizontal irradiance (GHI) observation data have been collected for a long period. For the establishment of an empirical model, the clearness index of the GHI (KT), total column ozone, and solar zenith angle were used as independent variables. The underestimations of the empirical models were improved by grouping the dataset with KT. The improved models exhibited an average R<SUP>2</SUP> of 90% at the four sites during the validation period. The atmospheric transmittance of the UVER was reconstructed using the empirical model at the GHI observation network during past 5 year data in South Korea, and the monthly variation showed seasonality with high values in May–August and low values in December–January.

태양일사량의 파장범위별 구름과 에어로졸의 상대적 민감도 분석

최경배(Kyungbae Choi),이윤곤(Yun Gon Lee),김창기(Chang Ki Kim) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7

태양 복사는 지구의 기상, 기후 시스템을 조절해, 생태계의 변화 및 유지하는 에너지의 근원이다. 지표면에 도달하는 태양복사는 대기를 통과하면서 수증기, 에어로졸, 오존, 구름 등의 다양한 대기인자들에 의해 산한 및 흡수된다. 대기인자에 따라 파장별로 흡수 및 산란하는 정도가 다르다. 태양 복사 에너지에 대한 연구와 수요가 많아진 지금, 대기를 통과하는 파장별 복사량의 변화를 이해하는 것이 필요하다. 국내외 선행연구에서는 전철일사와 홍반자외선에 구름과 에어로졸의 상대적인 감쇄 효과를 정성/정량적으로 분석하였다. 선행연구의 결과를 확장해 전천일사(Global Horizontal Irradiance, GHI), 광합성유효복사(Photosynthetically Active Radiation, PAR), 자외선(Ultraviolet, UV) 3개의 파장별 복사량의 구름과 에어로졸 광학두께(Aerosol Optical Depth, AOD) 등의 기상인자들에 따른 변화를 분석하고자 한다. 본 연구에서 이뤄진 파장별 투과도에 대한 분석을 토대로 한반도에서의 파장별 태양 복사에 대한 이해에 도움을 줄 것으로 기대된다.

전천일사를 이용한 남한 지역에서의 홍반자외선, 자외선지수 추정 경험모델 개발 및 검증

김재민(Jaemin Kim),이윤곤(Yun Gon Lee),김창기(Chang Ki Kim),최경배(Kyungbae Choi),조용한(Yong Han Jo),김인혜(In Hye Kim) 한국신재생에너지학회 2020 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.8

일사량 직산분리 모델에 따른 표준기상연도 데이터와 태양광 발전 예측량의 불확실성

조을효,이현진 한국태양에너지학회 2019 한국태양에너지학회 논문집 Vol.39 No.3

Long-term solar irradiance data are required for reliable performance evaluation and feasibility analysis of solar photovoltaic systems. However, measurement data of the global horizontal irradiance (GHI) are only available for major cities in Korea. Neither the direct normal irradiance (DNI) nor the diffuse horizontal irradiance (DHI) are available, which are also needed to calculate the irradiance on the tilted surface of PV array. It is a simple approach to take advantage of the decomposition model that extracts DNI and DHI from GHI. In this study, we investigate variations of solar PV power estimation due to the choice of decomposition model. The GHI data from Korea Meteorological Administration (KMA) were used and different sets of typical meteorological year (TMY) data using some well-known decomposition models were generated. Then, power outputs with the different TMY data were calculated, and a variation of 3.7% was estimated due to the choice of decomposition model.

특수일사계를 이용한 맑은 날 일사량의 온도 보정

조일성(Zo Il-Sung),정명재(Jeong Myeong-Jae),이규태(Lee Kyu-Tae),지준범(Jee Joon-Bum),김부요(Kim Bu-Yo) 한국태양에너지학회 2015 한국태양에너지학회 논문집 Vol.35 No.1

Pyranometer have many uncertainty factors (sensitivity function, thermal offset, other spectral effect, geometric, environment, and equipment etc.) than pyrheliometer. The solution for most of the uncertainty factors have been researched, but the problem for thermal offset is being continued research so far. Under the clear sky, due to the thermal offset of pyranometer, the diffuse and global radiation have been negative value for the nighttime and lower value for the daytime, respectively. In order to understand the uncertainty of the thermal offset effect, solar radiation are observed and analyzed using Ji and Tsay method and date from modified pyranometer. As a result of performing temperature correction using the modified pyranometer, the slope (dome factor; k) and intercept (r0) from a linear regression method are 0.064 and 3.457 g·m<SUP>-2</SUP>·k<SUP>-1</SUP>, respectively. And the solar radiation is decreased significantly due to the effect of thermal offset during nighttime. The solar radiation from modified pyranometer increased approximately 8% higher than its observed by general pyranometer during daytime. By the way, these results and did not generalize because its result is for only single case in clear sky. Accordingly, it is to required for accurate results-obtained by the various cases (clear, cloudy and rainy) with longterm observations.

수평면 전천 일사량 예측 모델 개발을 위한 국내 기상 데이터 분석

구지윤(Jiyoon Ku),김한진(Hanjin Kim),박형동(Hyeong-Dong Park) 한국태양에너지학회 2021 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

한반도 지역 전천일사량을 이용한 홍반자외선 추정 경험모델 개발

이윤곤(Yun Gon Lee),김재민(Jaemin Kim),김강(Kang Kim),이태경(Taekyung Lee),한종헌 한국신재생에너지학회 2018 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.4