태양광발전시스템

정의와 핵심 키워드

태양광발전시스템은 태양전지 모듈로 빛을 직류 전기로 바꾸는 발전설비다.

파워컨디셔너가 직류를 교류로 바꿔 부하나 전력계통에 공급한다.

계통연계, 아일랜딩 방지, 방위각·경사각이 핵심 키워드다.

구성과 원리

태양광발전시스템은 태양전지 어레이, 접속함, 파워컨디셔너, 연계 보호장치로 구성된다.

어레이가 만든 직류는 접속함에서 모아 DC 보호장치로 과전류를 막는다.

파워컨디셔너는 MPPT로 최대 전력점을 추적하며 직류를 교류로 바꾼다.

계통 전압·주파수·위상을 맞춘 뒤 전력을 보내고, 정전 시에는 즉시 분리한다.

유형 비교

태양광 발전시스템은 계통연계형, 독립형, 하이브리드형으로 나눈다.

계통연계형은 전력망과 병렬 운전하고, 독립형은 배터리와 함께 계통 없이 부하에 전기를 공급한다.

독립형은 축전지가 필수라서 배터리 용량 설계가 신뢰성을 좌우한다.

계통연계형은 인버터의 계통 동기화와 아일랜딩 방지가 핵심이다.

절연 방식

인버터는 절연 방식에 따라 절연형과 비절연형으로 나뉜다.

절연형은 변압기로 직류와 교류를 갈바닉 절연하여 직류 지락이 교류 측으로 전달되는 것을 막는다.

비절연형은 변압기가 없어 효율이 높지만, DC 측 지락이 교류 측으로 전달될 수 있다.

그래서 비절연형은 잔류 또는 접지 전류 감지로 결함을 찾는다. 이 차이가 직류 지락 보호 설계의 출발점이다.

정답과 방위각·경사각

정답은 잔류 또는 접지 전류 감지다. 비절연형은 이 방식으로 DC 측 결함을 찾는다.

방위각은 정남향을 기준으로 한 모듈 면의 수평 방향각이다. 정남향에서 발전량이 가장 크다.

경사각은 수평면과 모듈 면이 이루는 각이며, 위도가 높을수록 커지는 경향이 있다.

연간 발전량은 설비용량에 설비이용률과 연간 시간 8760h를 곱해 추정한다.

계산 예제

가상의 예로 설비용량 100kW 태양광 발전소의 연간 발전량을 추정한다.

설비이용률을 15%로 가정하면 100 곱하기 0.15 곱하기 8760은 131,400kWh다.

계산 결과는 약 13만 kWh이며, 설계 단계에서는 경사각과 이격거리도 함께 검토한다.

시험 감점 포인트

시험에서 자주 틀리는 네 가지를 짚는다.

첫째 방위각과 경사각을 혼동하지 않는다. 둘째 파워 컨디셔너를 단순 변환장치로만 쓰지 않는다.

셋째 가대 하중은 고정하중만으로 쓰지 않는다. 넷째 뇌 서지는 SPD와 본딩을 함께 쓴다.