편집자 주

지난 수년 동안 유럽, 아시아 구분 없이 전 세계적으로 태양광발전 시장은 급격히 성장했으며, 앞으로도 미래의 대체 에너지로서의 역량을 높이기 위해 다양하고 신속한 기술개발을 통해 성장할 것이다.

과거에는 주택과 같은 소형 발전설비 또는 발전소와 같은 대형설비가 주류였다. 태양광발전에 사용되는 태양광 모듈을 시작으로 전체적인 초기 투자비용 및 운용에 관련된 비용을 줄임으로 좀 더 경제성 있는 발전설비가 되어 가고 있다.

이러한 비용 절감과 함께 앞으로는 전체 태양광발전 설비에서 일반 건물을 이용한 상업 발전설비가 태양광발전소가 생산하고 있는 전기량과 비슷한 수준으로 커질 것으로 전망된다.

국내에서도 이러한 추세와 소형 설비들의 경제성의 강화를 반영하듯 건물을 이용한 설비를 장려하며 많은 건물 소유주들이 이에 관심을 보이고 있다.

중앙집중식 인버터의 단점 보완한 분산형 인버터 각광

최근 몇 년 사이에 태양광 인버터 시장은 중앙집중식 인버터(Central Inverter)가 이끌어 왔다. 이는 발전용량과 관계없이 50, 100, 500kW 등의 단위로 단일 인버터를 사용하는 방식으로 초기 설치비용을 줄여줄 수 있지만 다음과 같은 단점이 있었다.

■그늘에 의한 손실

- 발전설비 주변의 사물에 의해 일정 면적에 그늘이 지는 경우 효율 손실을 보게 됨. 때로는 시스템 전체가 작동을 멈출 수 있음.

■복잡한 시스템 구조

- 시간, 발전, 그늘 등을 분석, 이상적인 스트링 사이즈, 배열이 불편함. 고장에 잘 견디지 못함. 스트링의 길이 문제로 손실 발생 가능

■모듈 특성 차이에 의한 손실

- 발전시설에 동일한 모듈 설치 필요. 동일한 모듈을 설치하지 않을 시 손실 발생 가능

■새로운 모듈이나 성능 좋은 모듈로 교환의 불편, 복잡

- 시스템에 대한 새로운 구성과 적합성을 확인해야 함

■적절치 못한 설치가 고장의 원인이 된다.

■높은 DC 전압으로 인한 안전문제가 크다.

■시스템 고장 시 손실이 크다.

이에 반해 최근 유럽을 시작으로 중소형 발전소를 위해 중앙집중식 인버터의 단점을 보완할 수 있는 분산형 인버터(String Inverter)가 시장에 소개되고 있으며, 설치비용의 절감과 함께 유지, 보수의 편리성으로 인해 새로운 고려 대상이 되고 있다.

지멘스도 2009년에 분산형 인버터 ‘Sinvert PVM’을 유럽시장에 소개했으며, 지난 3월 아시아에선 처음으로 국내 시장에 소개됐다.

고효율 인버터로 최적의 플랜트 발전 수율 제공

지멘스의 ‘Sinvert PVM’ 인버터는 10kW, 13kW 및 17kW급 제품들로 이루어져 있다. 인버터 제품군은 최고 효율을 98.0%까지 향상시켰으며, 폭넓은 출력범위를 지원한다. ‘유럽형 효율’은 97.5% 내외에 해당한다. 이러한 고효율은 광범위한 출력 범위에 걸쳐 최적의 플랜트 발전 수율을 사용자에게 제공한다. 지멘스 제품군은 최고 50°C의 주변온도까지 최대 출력을 발휘한다. 신제품 인버터의 설계는 견고성 및 내구성을 겸비하고 있다. 40kg에 불과한 콤팩트한 소형 설계로 출시되어, ‘Sinvert PVM’ 인버터 제품들은 외장 팬(Fan)이 전혀 필요 없으며, IP65 보호등급을 지원해 실내외 겸용으로 모두 적합하다. 단위 제품들은 등급별로 구분된 다양한 출력 레벨로 출시되어, 이를 결합함으로써 시설규모에 관계없이 각종 플랜트를 구현할 수 있다. 이들 제품은 결정형 또는 박막 태양광 모듈을 장착한 모든 PV 시설에 적용 가능하다.

그림 5. Web-monitoring. 이 툴은 고장 발생 시 자동으로 이메일 경보를 전송하는 옵션을 내장하고 있다.

이 신규 인버터 제품군은 Sinvert 툴 환경에 완전히 통합되었다. Sinvert Web-monitor 툴(그림 5)은 글로벌 접속환경을 제공해 인버터 및 PV 플랜트 데이터 분석에 활용 가능하다. 이 툴은 고장 발생 시 자동으로 이메일 경보를 전송하는 옵션을 내장하고 있다. 한편, Sinvert Select는 Sinvert 인버터 제품 포트폴리오 전반에 걸쳐 해당 PV 플랜트의 구성을 최적화하는 기능을 제공한다.

다음과 같이 ‘Sinvert PVM’의 장점을 간단히 살펴본다.

■다양한 조합

- 넓은 운전 전압 범위와 전류 범위를 사용 환경의 조건에 맞게 조합이 가능

■효율

- 무변압기 구조로 인한 최대 98% 효율

- Boost Converter 사용으로 일정 전압 이하에서도 효율 개선

- Partial Load 사용으로 일몰 시 낮은 발전량에서 효율 개선

■Boost Converter

- 아침, 저녁 등 일사량이 충분하지 못해 인버터의 DC 전압이 계통전압 아래로 떨어지는 경우 Boost Converter 동작으로 인버터의 DC 전압을 높여줌으로 인해 효율 개선(그림 1, 2)

■Partial Load

- 일몰 시 일사량이 낮아짐으로 인해 생기는 비대칭적인 AC 출력 변환을 방지해 정격의 2.5%의 출력까지 일정한 3상 출력을 유지해 90% 이상의 효율로 동작(그림 3, 4)

그림 1~2. Boost Converter Operation.  일사량이 충분하지 못해 인버터의 DC 전압이 계통전압 아래로 떨어지는 경우 인버터의 DC 전압을 높여줌으로 인해 효율을 개선한다.

그림 3~4. Partial Load Operation. 일몰 시 비대칭적인 AC 출력 변환을 방지해 90% 이상의 효율로 동작시킨다.

본 기사는 지멘스(www.siemens.seoul.kr) 태양광사업팀에서 제공한 자료를 토대로 게재된 것입니다.

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