일사량
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1. 개요
일사량은 단위 면적당 단위 시간 동안 태양으로부터 받는 복사 에너지의 양을 의미하며, 킬로와트 매 제곱미터(kW/m²) 또는 와트 매 제곱미터(W/m²)로 측정한다. 일사량은 직달 일사량, 산란 일사량, 전천 일사량으로 분류되며, 이 외에도 반사 일사량, 경사면 일사량 등이 있다. 직달 일사량은 태양에서 직접 도달하는 일사량, 산란 일사량은 대기 분자나 구름에 의해 산란된 일사량, 전천 일사량은 하늘 전체에서 도달하는 일사량이다. 일사량은 조도와는 다르게 파장에 따른 가중치를 부여하지 않고 태양 빛의 에너지량을 측정하며, 기상 관측, 태양광 발전, 건축 등 다양한 분야에서 활용된다. 국제적으로 BSRN, WRDC에서 관측 데이터를 얻을 수 있으며, 대한민국 기상청은 전국적으로 일사량 관측망을 운영하고 있다.
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2. 일사량의 측정 단위
일사량은 단위 면적이 단위 시간 동안 태양으로부터 받는 복사 에너지의 양으로 측정한다. 즉, 복사조도를 측정하며, 단위는 킬로와트 매 제곱미터(kW/m2) 또는 와트 매 제곱미터(W/m2)가 자주 사용된다.
일사량은 주로 직달 일사량, 산란 일사량, 전천 일사량으로 분류되며, 기상 관측에서는 이 세 가지를 대상으로 한다. 기상 공학이나 건축학 등의 분야에서는 그 외의 일사량을 사용하기도 한다.
3. 일사량의 종류
3. 1. 직달 일사량
태양 광구에서 직접 도달하는 일사량으로, 흔히 '직사광선'이라고 불린다.
실제 측정에서는 원통형 모양의 직달일사계를 적도의 또는 자동식 태양 추적 장치에 탑재하여 항상 태양 방향으로 유지하며 측정한다. 즉, 직달일사계의 개구각으로 한정되는 범위에서 받는 일사량을 직달 일사량으로 취급한다. 이는 태양 광구 주변의 천공 영역을 약간 포함한다. 이는 적도의나 태양 추적 장치에 의한 태양 추적이 어느 정도 오차를 수반하기 때문에, 직달 일사계의 개구각은 태양의 겉보기 시야각보다 약간 넓게 설계되는 것이 일반적이기 때문이다.[1]
이러한 측정 방법 때문에, 직달 일사량은 태양 광선의 입사 방향과 항상 직교하는 평면에서 받은 복사조도로 측정·기록되는 것이 일반적이며, 수평면에서 측정·기록하는 산란 일사량이나 전천 일사량과는 다르므로 주의해야 한다.[1]
3. 2. 산란 일사량
하늘을 보면 태양이 있는 방향 외에도 때로는 푸른 하늘에서 오는 푸른 빛이, 때로는 흐린 하늘에서 오는 흰 빛이 쏟아진다. 이것들은 대기 분자나 구름 입자에 의해 산란된 빛이 관측점에 도달하는 것으로, 이를 산란 일사라고 부른다. 전천공 중 이러한 태양의 광구 이외의 범위에서 오는 일사량을 측정한 것이 산란 일사량이다.
실제 측정에서는 자동식 태양 추적 장치 등으로 태양의 광구 방향에 차광용 원반을 대어 직달 일사를 차단하면서, 나머지 하늘에서 오는 일사량(즉, 산란 일사량)을 전천 일사계로 측정한다. 이 전천 일사계는 수평으로 설치되기 때문에 산란 일사량은 수평면에서 받은 복사 조도로 측정·기록되는 것이 일반적이다.
3. 3. 전천 일사량
전 하늘로부터의 일사량을 측정한 것이 전천 일사량이다. 직달 일사량(수평면 값으로 환산한 것)과 산란 일사량의 합과 같다.[1]
일반적으로 전천 일사계를 수평으로 설치하여 측정한다. 이 때문에 전천 일사량은 수평면에서 받은 복사조도로 측정·기록된다.[1]
직달 일사량(수평면 값으로 환산)과 산란 일사량을 각각 측정하여 그 합계를 구하는 방식으로도 전천 일사량을 측정할 수 있다. 이 방법은 전천 일사계 한 대로 하는 관측보다 기재가 고가이고 복잡하여 비용이 더 들지만, 측정 정밀도가 높아진다. 따라서 상당히 정밀한 측정이 필요한 국제 표준이나 국가 표준을 유지하는 기관, 일부 연구기관 등에서 이 방식을 사용한다.[1]
전천 일사계에는 반구형 유리 돔이 부착되어 있어, 같은 복사 조도의 빛을 조사해도 조사 각도에 따라 측정값이 달라지는 특성이 있다. 이 외에도 측정 시 기온에 따라 측정값이 변하거나, 측정 대상인 복사 조도와 출력 전압의 관계가 완전한 선형이 되지 않는 특성도 있다. 이러한 특성에 의한 오차를 줄이기 위해, 전천 일사량 중 대부분을 차지하는 직달 일사량을 직달 일사계로 정밀하게 측정하고, 남은 산란 일사량만을 전천 일사계로 측정하여 전천 일사량의 측정 정밀도를 높일 수 있다.[1]
3. 4. 기타 일사량
반사 일사는 구름, 건물, 지표면 등에서 반사되는 일사이다.[1] 전천 일사량과 반사 일사량을 통해 물체 표면의 반사율(알베도)을 계산할 수 있다.[1]
일반적으로 일사량은 수평면에 설치된 일사계로 측정하며, 이를 수평면 일사라고 한다.[1] 그러나 경사진 면에서 측정되는 일사량도 있는데, 이를 경사면 일사 또는 경사각 일사라고 한다.[1] 경사면 일사는 주로 전천 일사계를 사용하여 측정하며, 태양 전지 패널의 효율을 분석하거나 건물, 도로 등 경사면의 일사량을 측정할 때 활용된다.[1]
4. 조도와의 차이
조도(단위: 럭스)는 인간의 눈이 느끼는 밝기를 나타내는 개념이다. 인간 눈의 감도는 파장에 따라 다르므로, 그 시감도에 따른 가중치를 부여하여 빛의 양을 나타낸 것이 조도이다. 따라서 조도는 인간이 느끼는 빛의 강도를 나타내는 양이기에 조명 업계 등에서 자주 사용된다.
반면 일사량은 파장별로 가중치를 부여하지 않고, 태양으로부터 받은 빛의 에너지량을 측정하는 것이다.
5. 관측망
국제적으로 BSRN (Baseline Surface Radiation Network), WRDC (World Radiation Data Center) 등에서 일사량 관측 데이터를 제공한다.
일본에서는 기상청이 전국 14개 지점에서 일사량을 관측하고 있다.
5. 1. 대한민국
기상청은 전국적으로 일사량 관측망을 운영하고 있으며, 특히 전천 일사량은 전국 약 60개소의 기상대·측후소와 약 90개소의 특별 지역 기상 관측소에서 관측되고 있다.[1] 관측 자료는 기상청 홈페이지에서 확인할 수 있다.
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