톰 딘켈 썬리포트 CEO

20년 이상 샌재생에너지와 청정기술 분야에 몸담아온 필자는 현재 주택용 및 소규모 상업시설용 태양광 설치물에 사용되는 성능 모니터링 솔루션을 제공하는 업체 썬리포트에서 CEO로 활동 중이다. 그는 워싱턴 대학에서 경영학 석사 학위를 취득했으며 오레곤 주립 대학에서 경영학사 학위를 취득했다.

현장에서의 제어시스템

산업용 계량 및 제어 계통에서는 다수의 모니터링 기술이 차용되는데, 이 모니터링의 목표는 일정한 조치를 취하기 위해 변수를 측정하는 것, 또는 규정 준수를 위해 변수를 측정하는 것이다. 산업계에서는 몇 개의 표본을 통해 1초 내지는 수 초 내에 급속하게 계량을 실시한다. 이 때 PLC(프로그램 가능 루프 제어기)는 별개의 공정 혹은 공정 라인에서 생산라인에 특별한 기능을 하고 있으며, 일반적으로 4~20mA 내지는 0~5VDC와 같은 일반적인 제어 출력을 갖는 센서를 사용한다. 방정식에서 ‘프로그램 가능한’ 부분은 빈번한 표본을 사용하고 센서에서 받은 입력에 기초해 일정한 조치를 취하기 위해 미리 설정된 제어알고리즘에 따라서 명령이 이루어진다.

산업 현장에서 다수의 PLC는 일정한 중앙통제실에서 제어기능을 갖춘 공정 전반의 제어시스템을 제공하기 위해 공통의 통신버스를 통하여 네트워크화 된다. 일부 경우에 SCADA(감시 제어 및 데이터 취득) 시스템은 일정한 설정점이나 제어점에 따라 일정한 경보기능을 제공한다. 이러한 시스템은 몇 개의 점에서 수 천 개의 점까지 여러 형태가 있을 수 있다. 각 점은 측정되는 변수 또는 감시되는 실제의 PLC 일수도 있고 일부의 경우에는 제어가 되기도 한다.

전기, 가스, 수도 등의 공익사업 계량기

공익사업 시장은 가스, 전기, 수도의 소비량을 100년 이상동안 계량해왔다. 그리고 전통적으로 늘 해오던 다양한 관행들이 여전히 공익사업 시장에 잔존하고 있다. 산업용 제어시스템은 하위의 데이터 수집 단계를 가진 수백만 개의 데이터 수집 지점이 있지만, 공익사업 부문은 데이터 수집 요건이 상당 수준으로 완화된다.

스마트 그리드가 등장하기 전에는 공익사업에서 사용한 데이터양은 각 주택 거주자들에게서 월별로 데이터를 수집하는 방식이었다. 각 가정에서 계량하는 데이터는 일일이 검침원을 통해 수집되었다. 검침원들이 일일이 각 가정을 돌아다니며 검침하는 방식이었다. 앞서 기술한 산업용 데이터 수집과 관리 방식에 비해 이런 방식은 놀라울 정도로 원시적인 형태로 보이지만, 그러나 이러한 검침원을 통한 수동적인 미터기 계량법은 아직도 여전히 전 세계에서 많이 사용되고 있다.

상업용 건물의 소유주들, 입주자들과 공장과 같은 산업용 시설의 사용자들은 에너지를 대량으로 소비하기 때문에 일정 기간동안 ‘사용 시간’을 기준으로 요금을 부과하고 15분 간격 단위로 훨씬 세부적으로 데이터를 분할해 계산하는 방식을 취한다. 전력의 품질, 전압과 같은 기타 데이터와 공익사업에 유용한 다른 작동 정보 또한 수집한다. 산업계에 적용되는 요건에 비해 공익사업 데이터는 지나치게 단순하게 측정되는 형태이고 오직 한 가지 목적을 위해서만 실제적으로 사용된다. 즉, 이렇게 수집된 자료를 통해 청구서가 발급되는 것이다.

스마트 미터법과 스마트 그리드의 계량법

최근의 ‘스마트 미터법’과 ‘스마트 그리드’의 도입은 공익사업에는 큰 도전이 되고 있다. 대규모의 데이터를 수집·관리하고 이러한 데이터를 통해 사용자들에게 이익을 주는 것이 최대 현안이 된 것이다. 따라서 전 세계적으로 전기, 가스, 수도 등의 공익사업은 사용자들에게 스마트 그리드(소비자 입장에서 최적의 요금 시간대를 찾아 에너지를 사용하는 것)의 장점을 최대한 부각시켜야 하는 난제를 안고 있다. 이러한 상황에서 그 성공 여부에 대한 결과는 다양하게 나타나고 있다.

‘스마트 그리드’는 현재 태양광 산업이 여러 형태의 계량법이 사용되도록 만들었다. 그 중 선호되는 방식은 수동으로 일일이 ‘미터’ 단위를 측량하는 것이다. 이러한 수동 방식이 선호되는 데에는 아직까지 남아 있는 관행 문제도 있다. 스마트 그리드의 초기 시행 형태에서는 스마트 미터에서 제공한 데이터 값을 포착하는 데 실패했다. 그 결과 청구서 발행 알고리즘은 모든 값을 가산 값으로 취급하게 된다. 예컨대, 당신의 집에서 낮 동안에 400kWh의 전력을 생산하고 야간에 400kWh의 전력을 소비했다면 전력공사에서는 당신에게 800kWh에 대한 청구서를 발행한 것이다. 이것은 일부 지역에서 고질적인 문제가 되었다.

따라서 스마트 그리드는 다시 한 번 태양광 설치물의 순수 데이터 값을 참고한다. PG&E와 같은 다른 지역들에서는 순수 데이터 값은 한 달에 한 번 검침원이 직접 손으로 계량기를 통해 확인한다. 물론 여기에서 ‘직접 손으로’라는 표현은 다소 과장되어 있다. 왜냐하면 데이터 수집 도구가 사용되고 데이터 값 판독기는 과거처럼 패드에 물리적인 표시를 하는 것이 아니기 때문이다. 그러나 한 가지 분명한 것은 당신의 집이 스마트 그리드로 둘러싸인 환경이라면 여전히 과거처럼 검침원이 당신의 집을 방문해 계량하게 될 것이라는 사실이다.

태양광 모니터링

전기, 수도, 가스 등의 전통적인 공익사업 데이터 수집 방식을 생각하면 태양광 모니터링은 상당히 현대적인 것으로 보인다. 산업용 계량과 모니터링 시장에서 기술을 차용해 현재 상업용 태양광 모니터링 시장에서 사용되는 여러 가지 방법들은 일정한 형식의 데이터로서, 기본적으로 다양한 출력 성능을 갖춘 일반적인 입력 방법을 사용한다.

그 중 데이터 로거(DL)와 PLC는 그 기능이 다르다. DL은 데이터 수집 장치이고, 이와는 달리 PLC는 수집한 데이터에 대해 지역에 맞춰 조치를 취하는 형식이다.

또한 ‘목사’ 장치와 같은 이들 장치 중 대다수는 태양광 모니터링 환경에 현재의 제품 중 다수를 공급하면서 활로를 개척했다. ‘목사-박스’는 캠프벨사이언티픽스 기상 관측 장비나 다른 방사조도(빛의 양을 나타내는 단위)가 입력되는 일반적인 RS485 포트를 포함한 다양한 측정점(데이터 포인트)에 대해 입력을 갖는다.

더 발전된 형태의 장비는 한 단계 업그레이드되어 태양광 콤바이너박스까지 연결되어 ‘스트링에 가까운’ 수준의 입력을 제공하거나 아니면 DC(직류) 전류 센서기능을 이용, 혹은 변류(전류의 변환) 기술을 이용해 스트링 수준의 모니터링을 제공한다.

상업적인 수준에서 보면 일부 인버터 제조업체들은 다시 한 번 인버터의 RS485 통신 기능을 이용하면서 스트링 모니터링 작업을 단순화하는 방식을 택했다. 모니터링 회사는 제품에 통합한 프로토콜과 함께 통신 포트와 내부 등록 값을 제공함으로써 모니터링 작업을 단순화한다.

수익 창출 계량법의 요구

사실 통신 프로토콜은 여러 인버터 회사들에게 가장 큰 관심 대상은 아니다. 왜냐하면 시장에서는 아직 하나로 통합된 프로토콜이 존재하지 않고 인버터 제공업체들 간에도 공통적으로 사용되고 있는 프로토콜이 전무해 통신 프로토콜은 모두 약간씩 다르기 때문이다. 여러 프로토콜이 함께 사용되고 있기 때문에 인버터 업체들로서는 이 문제를 적극적으로 책임질 이유가 없다.

그러나 선스펙알리앙스 같은 회사는 예외로 이 문제(프로토콜 통합 문제)의 해결과 관련해 적극적인 노력을 아끼지 않고 있다. 다수의 인버터 업체들이 일정한 형식의 모니터링을 제공하기 때문에(그 중 일부는 타사에 비해 월등한 형식의 모니터링을 제공한다) ‘공통된 통신의 부재’ 문제를 해결하려는 의지는 그다지 강하지 않다. 왜냐하면 이들 회사들은 제품개발에 우선적으로 투자하기 때문이다.

그러나 태양광 시장에도 새로운 시대가 도래하면서 ‘수익을 창출할 수 있는 계량법’이 요구되고 있다. 이러한 수익 창출 계량법은 공익사업 미터기 측량법에서 유래되었는데, 이제는 전 세계의 다양한 태양광 모니터링 프로그램 관리자들과 책임자들이 차용해서 쓰고 있다. 그러나 시간이 지나면서 수익 창출 미터법이 요구되는 환경에 조건과 이해의 이상한 갈등이 뒤따랐다. 왜냐하면 태양광 산업은 당국의 규제를 받는 공익사업체의 운영방식과 체제를 도입했기 때문이다.

수익 창출 계량법은 당연히 그 정의로 보자면 ANSI C12와 그 하부 조항에 명시된 다양한 통신 요건과 정확성을 충족한다. 기본적으로 ANSI C1은 계량에 있어 ±2% 정확도를 갖춰야 한다고 명시하고 있다. 그래서 태양광 업계에서는 비공익사업 형태 요인들을 갖고 있는 다양한 미터법으로 이동했고, 또한 모니터링 회사 내부에서 사용되는 DIN 레일 모니터링 기능을 갖춘 계량법으로 이동했다. ANSI C12 표준은 언제, 그리고 어떻게 REC가 창출되는지에 대한 요구에서 다양한 REC 거래시장의 일부로 옮겨지는 추세가 되었다.

이러한 요건의 변칙적인 한 형태는 다수의 인버터가 ±2% 정확성 표준을 능가하는 내부 계량법을 갖고 있다는 것이다. 그러나 이것들은 인증과정을 아직 거치지 않아 위의 사실(±2% 정확성 표준을 능가한다는 사실)이 입증되지 않았다. 다수의 태양광 모니터링 업체들은 데이터 값을 제공하는 인버터가 상당히 불안한 장치임을 지적할 것이다. 그러나 필자는 이러한 주장이 논거가 부족하다고 생각한다. 인버터 회사는 자사의 성능을 조작할 이유가 거의 없다. 왜냐하면 외부 계량 시스템이 시장에 상당 부분 침투해있고 데이터의 증가는 신속하게 확인되기 때문이다. 더 나아가, 인증은 세계의 많은 지역들에서 중요한 문제로 간주된다. 그리고 인증서의 위조는 범죄 행위로 간주된다.

모니터링 시장은 주택용 사용을 위해 수익 창출 정도의 정확한 계측이 필요함을 절감하고 있다. 그리고 통신 성능을 갖춘 수익 창출 수준의 데이터 로거를 제공하는 CT 기반의 솔루션을 제공하는 일부 업체들이 있다. 이러한 솔루션은 인버터와의 직접 통신을 지원하지 않는다. 따라서 DC(직류) 전압, 앰프스, AC(교류) 전압, VAR, 내부 오류 내지는 인버터 제어 시스템이 연결된 신호기와 같은 인버터 성능 지표를 수집하거나 처리할 수 없다. 한 인버터 제조업체에서 생산하는 2만5,000유닛을 능가하는 최신 재생 성능은 이 성능 조건이 원거리에서도 계산되는지에 대한 문제를 제기한다. 그리고 완벽한 재생이 보증되는지에 대한 문제도 제기된다. 정확한 성능 데이터는 원거리 진단에서도 일부 측정을 가능케 하고 특정한 성능이 문제가 되면 인버터 제조사에 조기 경보나 신호가 갈 것이라고 누구나 쉽게 생각할 수 있다.

공익사업에서 부가서비스의 의미

마이크로 인버터 또한 태양광 모니터링 시장에 커다란 변화를 일으켰다. 다수의 마이크로 인버터 솔루션에는 제품 가치를 높이기 위한 전략의 일환으로 모니터링 솔루션이 내장되어 있기 때문이다. 페트라솔라는 공익사업을 목표로 하는 제품으로 태양광 산업에 흥미로운 모델을 제시했다. 페르라솔라의 주된 전략은 공익사업 시장만을 목표로 하는 것이었고 따라서 전압을 지원하고 VAR을 지원한다. 이는 기본적으로 공익사업에서 제공하는 ‘부가서비스’를 제공함을 의미한다.

공익사업체에서는 각 패널, 인버터, 통신 노드 당 전기 생산량과 소비량을 계산한다. 여기서 핵심적인 것은 자신들이 제공하는 부가서비스를 전달하기 위해 노드와 직접적으로 쌍방향 통신을 연결한다는 것이다. 이것은 독특하면서도 매력이 있는 가치 창출 방법이고 태양광 산업체들은 특히 이 대목을 주목해야 한다. 태양광 산업에 종사하는 다수의 업체들은 공익사업에 대해 신중하면서도 다소 적대적인 태도를 갖고 있다. 그들이 생각하기에 공익사업체에서는 태양광 산업을 포용하지 않고 있으며 따라서 자신들의 그리드와 공익사업을 연결하는 것이 쉽지 않다고 생각한다. 시장 침투력이 현저히 낮기 때문에 공익사업체에서는 태양광 사업을 적극 지원하지 않는 편이 더 쉬운 한편 태양광 에너지 생산량이 상당한 부분을 차지하게 되는 상황은 공익사업에 위험할 수도 있음을 인지한다. 그리고 여러 곳에 무작위로 흩어져 있는 태양광 그리드가 공익사업체의 통제를 벗어나는 것을 경계한다.

모니터링 패러다임의 변화

어쨌든 변화는 시작되었고 전 세계 공익사업체는 인버터와 같은 장치와 광범위하게 배포된 회로를 그리드에 이용해 전력을 생산하는 방법을 취하는 것이 이전에는 미처 생각지 못했던 혜택을 가져다준다는 사실을 인식하기 시작했다. 회로가 특정 시간대에 30~40%까지 과부하 되고 태양광 전력 생산이 어느 정도 궤도에 올라선 독일의 발전상을 보면 그리드 운영자들은 느끼는 바가 많을 것이다.

물론 캘리포니아와 뉴저지와 같은 가장 큰 시장 또는 태양광 전력 생산이 전체 전력 생산의 1%를 간신히 넘는 미국에서도 그리드 운영자들과 공익사업체 임원들은 좋게 말해도 태양광 산업에 대해 ‘전략적 무시 정책’을 추구해온 것이 사실이다. 그러나 주택용 태양광 시스템 설치 시장에서 인버터의 직접 통신이 일반적이기 때문에 두 가지 형태의 발전이 이루어질 때가 머지않았음을 생각할 수 있다. 그 중 한 가지는 생산 REC의 총량을 활발하게 거래되도록 하거나, 두 번째로는 부가 서비스를 제공하기 위해 인버터를 이용하는 방식이다.

여기서 부가 서비스에 대해 공익사업체는 유사한 서비스를 제공하는 업체들에게 일정 금액을 지불한다. 두 개의 가능성 있는 추가 수익 구조가 있기 때문에 전압 지원이 일상적으로 필요한 문제 회로에 대해 공익사업체는 분명 혜택을 누릴 것이다. 모니터링 업체들은 고객들을 위한 추가적인 수익 경향 확보를 위해서 공익사업체와 인버터 제조업체들과 보다 긴밀한 관계를 유지하는 것이 신중한 판단일 것으로 보인다.

패러다임도 변하기 시작했다. 대부분의 모니터링 업체들은 비용 절감과 수익 창출 계량법을 선호해 인버터 직접 통신을 포기한다. 인버터 통신이 일반화되는 미래에는 이러한 솔루션은 수익 창출 계량법 제품뿐 아니라 인버터 직접 통신 전략을 구축하는 데 있어 추가비용을 초래할 것이다. 인버터 직접 모니터링이 비용 면에서 가장 효율적이고 인버터와 공익사업체에 가장 유리하다고 생각하는 업체들은 현재 규격을 요구하는 관할당국에 연쇄판매용으로 수익 창출 제품을 제공해야 한다. 분명한 것은 인버터 업체들은 규정을 준수하려는 정책을 추구해야 하고, ANSI C12를 정확히 준수하는 수준에서 계량을 하고 있음을 입증해야 한다는 것이다. 이렇게 했을 때만이 실수요자에게 가장 큰 혜택을 제공하면서도 태양광 BOS(Balance of System : 시스템을 안정적으로 운영할 수 있는 장비의 집합. 배터리, 컨트롤 유닛, 전기배선 등)에서 필요한 비용을 뽑아내면서 태양광 시장에 부수적인 서비스에 대한 지불 전망이 생겨 최상의 솔루션 제공이 가능할 것이고 추가 비용을 초래하지 않고도 쉽게 매매할 수 있어 시장성이 높은 T 내지는 S-REC 부문에 부담을 덜 수 있는 기회가 생길 것이다.

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