Sketchup활용 임의 경사 및 방향 부지 남향 배치(1)

[같이가치2]

목차

1. 설명에 들어가기 전에

2. Sketchup 파일 만들기 설정

3. 배치 평면 작성 준비

4. 배치 평면 작성

5. 배치 평면상에 부지 경계선 구현

6. 배치 경계선 작성

7. 남향 배치를 위한 부지 동서, 남북 경사각 및 배치 좌표축 작성

8. 배치 좌표축 및 경계선

1. 설명에 들어가기 전에

Sketchup 프로그램을 사용하여 배치하는 요령을 소개합니다.

CAD 작업용 2D 평면도 배치 도면과 PVsyst에서 발전량 계산을 위한 ‘주변 음영(3D 배치)’의 ‘배치/투시도’ 작성을 동시에 수행함으로써 설계 기간 단축 및 확장성을 위해 임의 방향 경사 부지에는 절대적으로 필요한 사항입니다.

2D CAD만 다루다가 3D Sketchup을 다루기는 생소할 수 있습니다.

그렇지만 대용량의 태양광 발전소의 경우나 산악지형에서 임의의 방향으로 부지 개발을 해야 하는 경우 개발된 형상에 따라 설치하기 위한 평면도와 측면도를 작성할 수는 없습니다. 동서 방향 경사도가 심하면 심할수록 어레이의 평면도는 평행사변형으로 됩니다. 또 이를 3D로 표현하여 PVsyst로 발전량을 계산하는 것은 거의 불가능합니다.

정남향 평지나 정남향 경사면의 경우는 각 어레이별로 또는 쉐드(Shed)를 설정하여 어레이 개수를 줄여가면서 어레이별 또는 쉐드(Shed)별 좌표를 구하여 PVsyst에 입력하여 발전량 계산하는 것은 소용량인 경우는 시간적인 노력으로 가능합니다.

그러나 용량이 커질수록 그 시간은 엄청나게 늘어날 것입니다.

예를 들어 배치 준비 작업 즉 직렬수 계산, 어레이 구성 및 이격거리 등 준비 작업이 되어 있는 상태에서 30MW 정도를 남향 경사면 직사각형이 아닌 일반 부지에 2D 평면도로 배치한 후 이를 이용하여 3D로 표현하여 좌표 입력법으로 PVsyst에 입력하여 발전량을 계산할 경우 즉 2D 평면도 작성과 PVsyst에서 발전량 계산을 위한 3D 작업에 걸리는 시간을 숙련된 엔지니어가 수행한다고 할 때 며칠이나 걸릴까요?

총 걸리는 시간은 ① 2D CAD로 평면도 배치하는 데 걸리는 시간과 ② 이 평면 배치도를 이용하여 발전량 계산을 위한 어레이 또는 쉐드별 좌표(x, y, z) 작성 시간 및 ③ 이를 PVsyst에 입력하는 시간으로 크게 나눌 수 있을 것입니다.

④ 여기에 ①을 작성하는 도중 수정 또는 변경 부분이 있으면 ② 및 ③에 대한 수정 작성 시간 및 노력 등을 시간은 계산하면 더더욱 어렵습니다.

⑤ 더구나 직렬수에 의한 어레이 구성 및 어레이 경사각도, 적정 이격거리 계산(태양시로 9~15시싸지 6시간 기준)하여 배치한 후 PVsyst의 ‘최적화 도구’로 최적의 경사각도를 구하면 대부분의 경우 더 낮은 경사각도가 되므로(왜 그럴까요?), 이에 따른 2D 배치도를 다시 수정하여야 하는 경우가 많은 데 이러한 수정까지 생각한다면 3D 배치 작업은 엔지니어링 측면에서도 얼마나 필요한 사항인 지 이해하겠죠?

Sketchup 활용 능력으로 ①의 작업 시간 정도에서 ②, ③의 모든 작업을 한꺼번에 획기적으로 처리할 수 있습니다.

즉 Sketchup을 사용하여 3D배치를 하게 되면 3D배치가 끝남과 동시에 2D로 변환하여 CAD에서 스트링 결선도 작업을 진행할 수가 있고 동시에 PVsyst에서 음영 분석하여 발전량 계산 작업을 동시에 진행할 수 있습니다.

Sketchup 활용법을 익혀 두면 용량에 관계없이 또 어떠한 환경의 지형에도 짧은 시간에 배치도 작성과 발전량 계산의 목적을 달성할 수 있습니다.

Sketchup으로 작성하는 방법은 여러가지로 접근할 수 있는 데 필자가 사용하는 기능과 PVsyst에 접목하는 방법을 난이도가 있는 부지 중심으로 설명합니다.

마치 정남향 경사면에 배치하는 것처럼 임의 방향으로 개발된(부지 정리된) 경사면에 대한 토목 도면을 이용하여 개발 부지의 평면을 구하고, 남북 방향 경사각도와 동서 방향 경사각도를 구하여 남향 배치가 가능하도록 기준 좌표축을 작성하는 방법입니다.

2. Sketchup 파일 만들기 설정

먼저 Sketchup에서 파일을 만들기 위한 설정합니다.

를 선택하여 단위를 mm가 되도록 설정해 줍니다.

토목도면은 cm단위 또는 m 또는 mm단위 등으로 작성합니다만 태양광사업에서는 mm단위까지 유효하므로 이를 mm단위로 설정하는 것이 좋습니다.

또는 현재 열려져 있는 파일에서 직선을 그어보면 우측 하단에 길이 단위를 확인하여 mm단위가 아니면 템플릿 새로 만들기에서 템플릿을 바꿔 줍니다.

향후 Sketchup에서 애니메이션을 해 볼 필요가 있음(특히 전기실을 배치 및 전주 배치에 의한 음영 판단)으로 아래와 같이 설정하여 지리적 좌표를 넣어 주는 것이 좋습니다.

또 Sketchup은 기본값으로 투시도 개념으로 설정되어 있으므로 ‘카메라>평행 투영’으로 변경해 주는 것을 잊어서는 안됩니다!!

3. 배치 평면 작성 준비

이번에는 레이어에 대해 Layer0를 기본 레이어로 설정한 상태로 CAD도면(*.dwg)을 가져오거나 다른 Sketchup에서 모형 또는 어레이를 복사해 오면 다른 레이어 이용하여 작성시 중복된 레이어로 될 수 있으므로 가져오거나 복사해 올 경우 또는 직접 레이어 작업을 할 경우 등 언제든 지 레이어 추가하여 그 레이어에서 작업해 주는 것이 좋습니다.

설계 평면을 구하려는 토목 계획평면도는 다음과 같습니다.

이를 Sketchup에서 ‘파일>가져오기...’로 불러 들입니다.

이 때 옵션의 배율을 ‘밀리미터’로 설정해야 함에 유의하세요!

Sketchup에 가져온 토목 계획평면도는 mm로 변환되어 있으므로 배율을 1000배로 확대해 줍니다.

확대후 범위 축소/확대 기능으로 전체가 보이도록 합니다.

4. 배치 평면 작성

위 도면에는 방향 경사도와 계획고가 같이 표기되어 있습니다만 계획고 FH는 토목 횡단면도에 별도로 표기하는 경우도 있습니다.

계획고 FH를 적용하여 작성하는 경우는 화살표의 방향이나 방향 경사도는 이용할 필요가 없습니다.

배치 평면 작성 방법은 크게 3가지로 구분하겠습니다.

토목 계획평면도의 화살표의 방향과 방향 경사도(%)에 의한 4가지 방법(직사각형 2가지, 직선 2가지)과 부지 정리 계획고 FH의 2개 체인의 상하좌우 4점 중 3점에 의한 방법 1가지로 도합 5가지가 있습니다.

부지 정리가 한 두 곳인 경우는 계획고 FH에 의한 작성하는 것이 부지 전체를 덮을 수 있도록 확대하는 데 어려움이 있지만 가장 간단할 것입니다.

작성을 시작하겠습니다

혼동을 피하기 위하여 레이어를 추가하여 각도 등 수치를 별도로 해서 처리하면 나중에 화면에서 깔끔하게 보이겠죠!!

생성된 레이어1의 이름을 여기서는 그냥 사용하겠습니다만 적정하게 붙여주면 더욱 좋습니다.

구현하는 방법으로는

직사각형 그려서 화살표 방향으로 회전 이동하여 좌표축을 이동하여 작성하는 방법 2가지와 토목 계획평면도의 FH(계획고)의 3점을 취하여 삼각형을 만들어 작성하는 방법 1가지 그리고 화살표 방향으로 직선을 그은 후 좌표 축을 이동하여 직사각형을 만들어 좌표축을 이동하고 회전 이동하여 작성하는 방법 2가지로 5가지를 소개합니다.

방법 ① [직사각형]

아래와 같이 부지도면의 화살표에서 남북 방향으로 선을 그어 각도를 재보면 부지 평면은 정남향에서 시계방향으로 69.4º 회전되어 있습니다.

직사각형을 부지 넓이보다 크게 긋습니다.

이 직사각형을

A. 직사각형의 좌측 하단점 중심으로 직사각형 하단 선을 시계방향으로 69.4도 회전

[도면 등에 표현할 경우 반시계 방향 회전각이면 (+)로 표시, 현재는 시계 방향이므로 CCW -69.4º로 표시하는 게 좋음]

B. 회전된 평면의 1의 회전 축(좌측 하단) 점으로 좌표 축 설정

C. 화살표에 의한 남북 경사도 4.000%(=SN 2.29º: 남향이므로 (+)표시) 회전

D. 화살표에 의한 동서 경사도 15.977%(=EW -9.08º: 서향이므로 (-)표시) 회전

E. B에서 설정한 좌표 축을 원래의 좌표 축으로 환원

F. 부지 전체가 새로운 평면으로 덮일 수 있도록 이동

[임의의 방향으로 이동하지 말고 X축(적색), Y축(녹색)으로 이동]

하면 배치 평면이 완성됩니다.

먼저 평면을 구하기 위한 레이어(배치평면)를 추가합니다.

적색X축, 녹색Y축에 평행한 직사각형을 긋고 직사각형을 더블 클릭하여 직사각형의 선과 면 전체를 선택한 다음 우측 마우스로 ‘그룹 만들기’를 해 둡니다.

회전 버튼을 클릭한 후 직사각형의 하단 왼쪽을 중심(청색Z축)으로 69.4º 시계 방향(=CCW-69.4º)으로 회전합니다.

화면에 전체가 보이도록 ‘범위 확대/축소’를 클릭해 줍니다.

평면을 적색X축, 녹색Y축에 따라 적절하게 이동하고 주어진 부지 전체가 들어가도록 확대합니다.

Z축으로 회전한 후 토목 횡단도면의 화살표를 보면 남향으로 4.000%(=SN2.29º), 서향으로 15.977%(=EW-9.08º) 회전하기 위해 새로운 좌표축의 원점을 원래 평면 회전한 좌측 하단 점으로 이동합니다.

남향으로 2.29º 회전합니다.

현재의 좌표축 상태에서 서향으로 9.08º 회전합니다.

토목 계획평면도에 주어진 부지 방향과 동서, 남북 경사도대로 직사각형 평면을 Z축(청색) 회전이동하고 좌표축을 새로이 설정하여 동서, 남북 방향 경사각도로 회전 이동하여 부지 평면을 구하였습니다.

좌표축을 원래의 좌표축으로 환원하면 부지 평면이 완성됩니다.

현재의 좌표선상에 커서를 가져가서 오른쪽 마우스를 클릭하여 ‘재설정’을 클릭하면 원래의 좌표축으로 돌아 갑니다.

방법 ② [직사각형]

또 다른 화살표에서 보면 정남향에서 반시계 방향으로 20.6º 회전되어 있다고 볼 수 있습니다.

화살표의 북향 방향을 중심으로 선을 긋고 각도를 재보면 반시계 방향으로 20.6º 회전되어 있음을 확인할 수 있습니다.

직사각형을 부지 넓이보다 크게 긋습니다.

이 직사각형을

A. 직사각형의 좌측 하단점 중심으로 직사각형 하단 선을 반시계방향으로 20.6도 회전

[도면 등에 표현할 경우 반시계 방향 회전각이면 (+)로 표시, 현재는 반시계 방향이므로 CCW 20.6º로 표시하는 게 좋음]

B. 회전된 평면의 1의 회전 축(좌측 하단) 점으로 좌표 축 설정

C. 화살표에 의한 남북 경사도 15.977%(=SN -9.08º: 북향이므로 (-)표시) 회전

D. 화살표에 의한 동서 경사도 4.000%(=EW -2.29º: 서향이므로 (-)표시) 회전

E. B에서 설정한 좌표 축을 원래의 좌표 축으로 환원

F. 부지 전체가 새로운 평면으로 덮일 수 있도록 이동

[임의의 방향으로 이동하지 말고 X축(적색), Y축(녹색)으로 이동]

하면 배치 평면이 완성됩니다.

좌표축을 이동하여 서향으로 2.29º 회전한 후, 북향으로 9.08º 회전 이동한 후 좌표축을 원상태로 복구합니다.

평면이 완성되었습니다

방법 ①에서 구한 평면과 방법 ②에서 구한 평면을 동시에 표현해 보면 공간상에서 평행으로 동일 평면임을 알 수 있습니다.

위 방법①, ②를 요약하여 표현하면 직사각형을 만들어 Z축(청색)으로 CCW -69.4º, CCW 20.6º 회전한 후 좌표 축을 이동하여 남북 방향 및 동서 방향을 확인하여 회전 이동하여 얻은 평면입니다.

방법 ③ [계획고 FH]

계획고 FH에 의한 작성 방법입니다.

현재 작성 중인 Sketchup 파일과 비교해 보기 위해 레이어를 추가하여 작성할 수도 있고 새로운 파일을 만들어서 계획고에 의한 평면을 직접 작성하여 사용할 수도 있습니다.

여기서는 새로운 파일에서 직접 작성해 보겠습니다.

참고로

방법 ③ [계획고 FH]는 필자가 최초에 설명의 정리부지와 같은 유형의 태양광 발전 사업 설계에 도전할 때 가장 먼저 적용해 본 방법입니다.

화살표의 방향과 동서, 남북 방향 부지 정리 경사도(%)를 적용하려고 하니 너무 어렵고 공간상의 즉 3D상에서 상상이 잘 안되어 할 수 없이 계획고를 이용하여 삼각형으로 평면을 만들어 이를 확장하여 부지 평면도보다 약간 큰 크기로 잘라내어 작업을 했습니다.

이렇게 얻어진 평면에 부지 평면도에서 수직선을 올려서 그 점들을 이어서 평면상에서의 부지 경계선을 구현해야만 했었습니다.

드레이프(Drape) 기능을 적용할 줄도 몰랐었으니까요. 그래도 X, Y, Z 좌표를 만들어 PVsyst의 ‘배치/투시도’의 파일 생성하는 것보다는 훨씬 간단합니다!

더구나 동서 방향 경사에 따른 어레이에 대한 X, Y, Z 좌표 구현은 더더욱 힘들었습니다. 아마 불가능했다는 표현이 정확할 겁니다.

또 Sketchup에서 작성한 3D 배치를 *.das/*.dae로 변환하여 내보내기하여 PVsyst에서 불러들이는 경우 어레이가 각개 모듈로 분해되는 데 PVsyst는 어레이가 되었든 모듈이 되었든 하나의 객체는 2~3cm의 간격이 되어야 합니다.

만약 어레이 구성을 10mm 간격으로 구성했다면 에러가 발생하고 맙니다.

또 한가지는 Sketchup에서 작성한 배치도를 CAD에 적용하기 위해 2D *.dwg으로 변환하여 내보내기하여 CAD 작업시 어레이가 모듈로 분해되어 버리므로 이들을 CAD에서 하나하나 폴리라인으로 구성하여 블록 작업을 해야만 했었습니다.

이러 저러한 우여곡절을 겪으면서 Sketchup에서는

① 드레이프 기능 도입과

② PVsyst에 내보내기할 때 어레이를 단일(Single) 모듈화(‘배치/투시도’에서 *.3ds/*.dae 파일을 가져오기하여 배치도 생성시 및 음영 계산시 속도가 각각 1/직렬수로 줄어 듦)

③ CAD 배선 작업이나 후속 CAD 작업을 위한 배치도를 3D로 내보내어 블록 상태 유지로 곧바로 적용하는 방법까지 적용할 수 있게 되어 이제는 Sketchup으로 배치 작업만 끝나면 CAD 작업, PVsyst 발전량 계산 작업을 수행할 수 있고,

더 나아가

④ 어레이 경사각도를 최적으로 계산하여 어레이의 경사각도만 Sketchup에서 수정하여 수정된 배치도에 의한 CAD 배선 작업을 신속하게 진행하고 있는 상태입니다.

이렇게 하여 개선된 사항이나 새로운 사항 접합의 근간이 된 방법 ③ [계획고 FH]이므로 초기에 적용했던 Sketchup 적용 최초의 방법의 일부를 소개합니다.

방법 ④ [직선]

우리는 화살표 방향으로 직선을 그은 후 곧바로 좌표축을 이동하여 새로운 좌표축 원점에서 직사각형을 만들어 X축, Y축으로 각각의 화살표 경사도만큼 회전 이동하면 더 쉽게 얻을 수 있습니다.

이 상태에서 직사각형을 그려 ‘그룹 만들기’하여 주고 그렸던 직선은 삭제합니다.

방법 ⑤ [직선]

위와 같이 방법 ① ~ ⑤ 중 편리하다고 생각되는 방법으로 익히면 좋을 것입니다.

좀 더 간략하게 표현하고 방법 개선 노력을, 다시 말하면 PVsyst의 ‘배치/투시도’의 파일 생성을 외부에서 Sketchup으로 작성하여 어떠한 부지에 대해서도 쉽게 접근할 수 있도록 계속 할 것입니다.

5. 배치 평면상에 부지 경계선 구현

이번에는 계획평면도상의 부지 경계선을 구한 평면상에 구현하는 작업을 진행하겠습니다.

물론 다른 Sketchup 파일에 복사하여 적용할 수도 있지만 여기선 곧바로 작업하도록 하겠습니다.

Layer0를 선택하고 구한 평면(배치평면) 레이어를 보이지 않도록 합니다.

부지의 경계선을 더블 클릭합니다.

부지 경계선을 다시 트리플 클릭하여 경계선 전체를 선택합니다.

‘이동’을 클릭 선택하여 ctrl을 누른 상태에서 Z축으로 적정한 높이(여기선 200m)로 올립니다.

‘선택’을 선택하여 경계선 선택을 취소하면 원래의 상태로 돌아 갑니다.