태양광 발전시스템

태양광 발전이란

태양광 발전시스템은 태양전지로 빛을 직류 전기로 바꾸고, 전력변환장치로 전기를 공급하는 시스템이다.

태양전지는 빛을 받으면 전자와 정공이 분리되어 전압이 생기는 반도체 소자다.

이 원리를 광기전력 효과라 하며, 출력이 직류이므로 인버터가 필요하다.

시스템 구성요소

시스템은 모듈, 접속함, 인버터, 보호·계측 설비로 구성되며 축전지는 선택이다.

인버터는 직류를 교류로 바꾸며, MPPT 제어와 단독운전 방지 기능을 가진다.

접속함은 역류 방지 다이오드와 개폐기로 어레이 회로를 묶고 보호한다.

계통연계 운전 절차

계통연계형 인버터는 계통의 전압, 주파수, 위상을 감시해 연계 가능 여부를 판단한다.

계통과 동기를 맞춘 뒤 차단기를 투입하고, MPPT로 어레이를 최대점에서 운전한다.

직류를 교류로 바꾸며 출력 전류를 계통 전압과 같은 위상으로 제어한다.

계통 이상이나 단독운전이 감지되면 계통에서 분리한다. 정전 시에도 반드시 분리되어야 한다.

발전 방식의 분류

발전시스템은 계통과의 관계에 따라 독립형, 계통연계형, 하이브리드형으로 나뉜다.

독립형은 계통 없이 축전지와 함께 운전하며, 축전지가 필수다.

계통연계형은 계통과 병렬로 운전하며, 잉여 전력을 역송한다.

하이브리드형은 풍력 등 다른 전원을 함께 쓰며 배터리에 저장한다.

장점과 한계

앞 문제의 정답은 계통연계형이다. 이제 태양광의 장점과 한계를 본다.

태양광은 연료가 필요 없고 운전 중 배출과 소음이 없다.

반면 일사량에 따라 출력이 변하고 야간에는 발전하지 않으며 초기 투자비가 높다.

음영이 생기면 특정 셀이 부하처럼 작용하므로 바이패스 다이오드로 우회시킨다.

계통 측면에서는 단독운전을 기술기준이 정한 시간 이내에 분리한다.

발전량 계산 예제

연간 발전량 E는 설비 용량 P, 일 환산 발전시간 h, 가동일 365, 종합 효율 η의 곱이다.

300kW, 3.6시간, 365일, 효율 0.8을 대입하면 연간 315,360kWh가 된다.

kW와 h를 곱하면 kWh가 되어 단위가 맞다. 연 약 31만 kWh 규모다.

음영이 생기면 효율 항이 줄어들어 같은 설비라도 발전량이 감소한다.

핵심 정리

태양광 발전시스템의 핵심을 정리한다. 태양전지로 빛을 전기로 바꾸고 인버터로 교류로 변환한다.

계통연계형은 계통 동기화와 단독운전 방지가 필수 기능이다.

답안에서는 장단점의 한계와 음영 대책을 빠뜨리지 않는다.