태양시 (Solar Time)의 설명

태양시 (Solar Time)의 설명

 

 

1. 태양의 움직임 (Motion of the Sun)

지구가 축을 중심으로 회전함으로써 일어나는 태양의 겉보기 움직임은 빛의 직달 성분이 지구를 부딪치는 각도를 변하게 한다. 지구상의 하나의 고정 위치에서 관찰하면 태양은 하늘을 가로질러 움직이는 것으로 보인다. 태양의 위치는 지구상에서의 위치 , 하루 중의 시간변화, 연중의 날짜에 따라 달라진다. 아래 그림은 태양의 이런 겉보기 움직임을 나타낸 것이다.

< Fig01. 남반구에서 태양의 경로 >

 

태양의 겉보기 움직임은 태양광 모듈이 받는 출력의 양에 큰 영향을 미친다. 태양광선이 흡수면에 수직이면 표면에서의 출력밀도는 입사 출력밀도와 동일하다. 그러나 태양광선과 흡수면 사이의 각도가 변하면 표면에서의 출력은 감소한다. 모듈이 태양광선과 평행하면(모듈 법선의 각도가 90°) 빛의 세기는 제로로 떨어진다. 중간 각도에서는 상대 출력밀도가 cos(θ)가 되는데, θ는 태양광선과 모듈 법선 사이의 각도이다. 이 그림에서 모듈을 경사지게 설치하고, 이 때 입사태양광의 각도를 변화시키면 동일한 효과가 일어난다.

< Fig02. 입사 태양광과 흡수면 사이의 각도 변화의 영향 >

 

태양과 지구상의 특정 위치 사이의 각도는 위도, 하루 중의 시간 변화, 연중의 날짜 변화에 따라 달라진다. 게다가 태양이 뜨고 지는 시간은 경도에 따라 달라진다. 그러므로 지구상의 특정 지점에서 태양 각도의 정확한 모델링은 위도, 경도, 연중의 날짜, 그리고 하루 중의 시간이 필요하다.

 

 

2. 태양시 (Solar Time)

1) 지방 태양시 (Local Solar Time : LST)와 지방 시각(Local Time : LT)

12시 정오 지방 태양시 (local solar time : LST)는 태양이 하늘 가장 높이 있을 때로 정의한다. 지방시각은 지구 궤도가 타원형으로 인한 편심 (eccentricity) 현상과 시각 조정 그리고 하절기 일광 절약을 위한 서머타임제 등을 위한 시간 조정 때문에 LST와는 항상 차이가 있다.

 

2) 지방 표준 시간 자오선 (Local Standard Time Meridian : LSTM)

지방 표준 시간 자오선은 특별 시간대에만 사용되는 기준(reference) 자오선인데, 이는 그리니치 표준시 (Greenwich Mean Time)에 사용되는 본초자오선 (Prime Meridian)과 유사하다. 아래 그림은 LSTM을 나타 낸 것이다.

LSTM은 아래 식으로 계산한다.

여기서 , ΔTGMT는 GMT와 지방시 (LT) 사이의 차이 (시간). 1 시간 = 15° = 360°/24 시간.

 

3) 시각 방정식 (Equation of Time : EoT)

시각 방정식 (분)은 지구 궤도의 편심과 지구 축의 기울기를 보정하는 경험식이다.

여기서,

(각도) 이고, d는 연중 날짜의 수이다. 아래 그림은 시각 보정방정식을 그린 것이다.

 

 

4) 시각 보정 계수(Time Correction Factor : TC)

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Net 시각 보정계수(분)는, 주어진 시간대 내에서 경도 변화에 따라 일어나는 지방 태양시(LST)의 변화를 감안하기 위한 것으로, 여기에 역시 위에서 설명한 시각 방정식이 들어가 있다.

계수 4 분이라는 것은 지구가 4 분마다 1° 씩 회전한다는 사실로부터 나온 것이다.

 

5) 지방 태양시 (Local Solar Time : LST)

LST는 지방 시각(LT)을 조정하는데 필요한 위의 2가지 보정을 이용하여 도출할 수 있다.

 

6) 시간 각도 (Hour Angle : HRA)

시간 각도는 지방 태양시 (LST)를 태양이 하늘을 가로질러 움직이는 각도 수로 변환시켜 준다. 정의상 태양 정오(solar noon)에서의 시간 각도는 0° 이다. 지구가 시간 당 15° 씩 회전하므로 태양 정오로부터 매 시간이 지날 때마다 하늘에서 태양이 움직인 각도가 15° 가 된다. 아침에 시간 각도는 음수이다. 오후에는 시간 각도가 양수이다.