그리드 타이드 시스템 vs. 그리드 연계형 시스템

행복한 에너지 사용자가 되는 길

마크 케라수올로(Mark Cerasuolo)

필자는 아웃백파워(www.outbackpower.com)에서 마케팅을 담당하고 있다. 이 회사는 신재생에너지와 기타 에너지 애플리케이션의 시스템 부품을 설계, 제조하는 회사이다. 이전에 마크는 레비톤 매뉴팩처링, 하만 인터내셔널 및 보세 코퍼레이션에서 수석 마케팅 팀장을 역임했고, 소비자 전자기기 협회(CEA)에서 활동했다.

그리드 연계형 PV 시스템은 사용자들에게 배치에 있어서의 신뢰성 수준을 높이면서 더 많은 선택권과 더 많은 탄력성을 제공한다. 연계형 시스템은 상당한 장점이 있지만 그러나 이 연계형 시스템은 통합업체들에게 이미 친숙한 그리드 타이드(Grid-Tied) 시스템과 크게 다르지 않다. 비교 가능한 자금 회수시기가 비슷하고 실용성이 높아진다는 유사성으로 인해 시장에서는 그리드 연계성 채택율이 높아지고 있다.

그리드 타이드 시스템과 그리드 연계형 시스템이 공유하고 있는 네 가지 핵심적인 장점들

그리드 타이드 시스템과 그리드 연계형 시스템을 비교하기 위해 먼저 이 두 시스템이 어떤 공통점을 갖고 있는지 면밀히 살펴보는 것이 좋을 것이다. 이 두 시스템이 공유하고 있는 네 가지의 핵심적인 장점들은 다음과 같다.

첫째, 비용적인 면에서 절감 효과

그리드 타이드 시스템과 그리드 연계형 시스템을 사용하면 당연히 전기 요금이 절약되고 전력 요금 인하제도를 십분 활용할 수 있다. 이런 전력 요금 인하제도는 거의 모든 주에서 실시하고 있다. 강한 햇볕이 쏟아지는 때에 상대적으로 가벼운 하중이 요구되는 곳에서 전력 요금 인하제도 덕분에 태양전력 시스템은 경제적으로 상당히 매력적인 대안이 된다. 왜냐하면 잉여 전력은 공익사업체(전력공사)에 되팔 수가 있기 때문이다.

햇빛이 제한적으로 비치고 전기료가 비교적 저렴한 워싱턴에서는 (태양광 설치업체들에 따르자면) 전력 요금 인하제도 덕분에 주택 하나 당 혹은 소기업체 하나 당 매년 약 1,500~2,500달러의 비용 절감 효과가 발생하며, 주는 5,000달러의 애뉴얼 캡(Annual Cap)을 갖는다. 전기료가 더 비싸고 햇빛이 더욱 풍부한 캘리포니아 같은 주들에서는 비용 절감 효과가 그만큼 더 커진다.

둘째, 생산 신용

그리드 연계형 시스템과 그리드 타이드 시스템은 생산 신용을 높임으로써 소유주들에게 경제적인 이득을 창출한다. 예컨대, 워싱턴은 시스템 소유주가 그 전력을 소비할 때에도 주요 시스템 부품(태양전지 패널, 인버터, 제어기 등)이 그 주에서 생산된 것이기만 하면 전력 생산에 대해 시간당 킬로와트 당 54센트를 지불한다. 생산 신용 또한 주마다 다르고 지역 공익사업체마다 다르다. 하지만 이 생산 신용은 신재생에너지 시스템에 대한 최종적인 자금회수에 크게 기여한다.

셋째, 친환경적인 삶의 방식

태양광 전력은 고효율 조명이라는 일차적인 목표를 넘어서서 친환경적인 삶을 가능케 해주는 가장 대표적인 대안적 에너지원이다. 풍력 터빈과 소수력 발전과는 달리 태양광 전력은 소유주의 땅에 개울이 흘러가야 할 필요도 없고 바람이 필요한 것도 아니다. 왜냐하면 태양빛은 어디에나 비치는 것이니까 말이다. 풍력이나 소수력 발전 전력원과는 달리 태양광 전력은 환경 영향이 제로이다. 움직이는 부품이 없고 환경 영향이 적은 에너지원으로서 태양광 전력은 현재 가장 각광받은 신재생에너지 중 하나이다.

넷째, 주택 판매 가치 상승과 시장성

최근의 포브스 기사에 따르면, 태양에너지 시스템 소유주들은 주택 재판매 시 투자액의 97%까지 만회할 수 있다. 왜냐하면 태양에너지 시스템이 설치된 주택의 가치가 그만큼 상승하기 때문이다. 이러한 점은 전기료를 줄이고 전력 요금인하 제도를 이용함으로써 주택 소유주들이 얻는 경제적 비용 절감 효과가 추가되는 장점이라는 점을 명심해야 한다. 이에 못지않게 중요한 것으로서, 미국 에너지부는 최근 태양광에너지 시스템을 설치한 주택이 부동산 시장이 침체된 상황에서도 두 배 정도로 빨리 판매된다고 보고했다.

서던 캘리포니아의 국가 신재생에너지 연구소 연구에 따르면, 태양광 장치가 된 신축 주택은 그렇지 않은 주택에 비해 더 빠른 속도의 부동산 가치가 올라갔다고 한다. 언제든 이사할 의향이 있는 주택 소유주들에게는 그리드 타이드 시스템과 그리드 연계형 시스템이 모두 매력적인 투자 방법이 되고 있다.

그리드 타이드 시스템과 그리드 연계형 시스템의 차이

이 두 시스템의 근본적인 차이는 지역의 전력 그리드가 정상적으로 가동될 때에 알 수 있는 것이 아니라 전원이 나가거나 변동 상황이 생길 때 알 수 있다. 정전과 전압저하가 미국의 많은 지역들에서 점점 더 흔하게 발생하고 있고, 소위 ‘세기의 폭풍우(한 세기에 한 번 나올까 말까 한 일)’라고 했던 기상이변들이 속출해 신문 일면을 장식하고 있다. 지난 해 시작부터 뉴스에서는 일본의 쓰나미 발생을 알렸고 미국의 동부 해안 지방의 폭풍우가 연일 기사거리가 되었다. 올해에는 일부 지역들에서 발생한 토네이도가 많은 걱정거리를 낳고 있다.

이러한 상황은 그리드 타이드 시스템을 가동하는 사람들에게는 큰 걱정이 아닐 수 없다. 그들은 정전과 비상사태 시에 전력 공급을 할 수가 없기 때문이다. 그리드 타이드 시스템이 이러한 상황 발생 시 힘을 못 쓰는 이유는 두 가지이다. 첫째로, 그들은 두 가지 안전상의 이유로(시스템이 연결된 채로 있으면 전력을 복구하는 근로자들이 잠재적으로 치명적인 환경에 노출될 수 있기 때문이라는 이유로) 국가 및 국제 산업 안전 기준에 따라 시스템 연결 상태를 끊어놓아야 한다. 두 번째로, 구름, 그림자, 바람, 나무, 자연광 변화로 인해 태양광 패널에서 생산되는 에너지의 전력이 변동하기 때문에 가정이나 사무실에서 태양광 패널로부터 직접적으로 얻는 전력을 사용할 수 없게 된다.

이와는 대조적으로 양방향 에너지 전송 능력이 있는 그리드 연계형 PV 시스템은 지역의 에너지 공익사업체(전력공사)에 시스템을 연결하여 사용자가 이득을 볼 수 있다. 사용자가 에너지 비용과 소비를 줄이기를 원한다면 주로 신재생에너지원에 의지하고 그리드는 필요할 때만 사용하여 자체 생산 청정 에너지원을 사용하고 에너지 저장 시스템을 가동할 수가 있다. 이런 식으로 그리드 연계형 덕분에 소비자와 상업적인 사용자들(기업체)은 환경을 생각하고 책임성 있는 생태계의 일원으로 남아 있으면서도 믿을 만하고 비용 면에서 효과적인 에너지원을 얻을 수 있는 것이다.

이것이 바로 그리드 연계형 시스템이 더욱 각광받는 이유이다. 설치 시 증가하는 추가 비용 때문에 일반 주택이나 기업체는 두 가지의 이득을 얻을 수 있다. 즉, 그리드가 가동될 때는 친환경적인 삶에다가 실제적인 비용 절감효과까지 얻고, 그리드가 적게 가동되거나 가동되지 않을 때는 안전하게 전력을 백업해 둘 수 있다.

비용이 가장 많이 드는 부분은 태양광 에너지 시스템의 옥상 위 패널이 아니라 태양광 시스템에서 생산된 전력을 주택 혹은 상업용으로 사용할 수 있게 변환시키는 부품 값이다.

그리드 연계형 인버터

설계와는 상관없이 모든 신재생에너지 시스템과 태양광에너지 시스템은 풍력 혹은 수력 터빈이든 간에 인버터가 있어야 한다. 인버터는 태양전지 패널에서 생산된 DC(직류) 전력을 전자제품, 기기, 기타 전기용품이 작동되는 AC(교류) 전력으로 바꾸는 장치이다. 그리드 연계형 시스템에서 인버터는 더 똑똑하고 더 민첩한 장치로서 그리드 타이드 인버터에 비해 다음의 세 가지의 기능을 할 수 있다.

첫째, 그리드 타이트 인버터와 같이 그리드 연계형 시스템은 태양광 시스템에서 생산한 직류 전기를 교류 전기로 변환한다.

둘째, 그리드 연계형 시스템에서 인버터는 또한 배터리 충전기로 기능할 수 있고, 주택용 및 상업용으로 설계된 배터리 시스템에 전력을 저장할 수 있다.

셋째, 그리드 연계형 시스템에서 인버터는 정전 시에 배터리에서 생산된 직류 전기를 사용 가능한 교류 전기로 변환하고 패널이나 발전기에서 하루 중에 이들 배터리를 충전할 수 있다. 또한 필요할 때마다 발전기를 켤 수 있다. 밤에 전력 필요성을 생각하여 배터리를 백업해 둔다는 것은 발전기의 가동 시간과 연료 소비가 낮 동안에는 상당히 줄어든다는 의미이다.

여기에서 효과는 확실하다. 더 똑똑한 인버터와 에너지 저장용 백업 배터리에 대한 그리드 연계형 시스템의 투자는 정전 시 친환경적이고 신뢰할 만한 백업 전력을 위한 제2의 시스템 확보를 의미한다. 그리드 연계형 인버터는 진정한 양방향 가동과 통신 네트워크 기능을 위한 전송 스위치 같은 첨단 전기 회로망을 통해 이것이 가능해진다.

그리드 연계형 부품 설계와 비용

더 발전된 그리드 연계형 부품들은 독립형 설계 시스템에 기초한다. 이는 태양광, 풍력, 수력 발전이 발전기 이외의 유일한 전력원인 애플리케이션에서 사용된다. 여기에는 현장 병원에서부터 북극 연구소와 군사 초소까지 모든 곳이 포함되기 때문에 독립형 기술에 기초한 그리드 연계형 인버터와 부품의 신뢰도와 품질은 상업용이든, 주택용으로 사용되든 일반적으로 아주 우수하며 이상적이다.

그리드 연계형 디자인이 그 시스템에 두 배의 효과를 주지만 비용은 두 배 정도는 아니다. 실제로 그리드 타이드 시스템과 그리드 연계형 시스템의 비용 차이는 기본적인 백업 기능(일반적으로 용광로, 일부 조명, 냉장고, TV, 인터넷/PC)이 있는 것은 15%에서 시작한다. 대형 주택과 사업체들은 더 큰 백업 기능에 투자하려고 하기 때문에 그리드 연계형 디자인을 이용하는 것이 또 하나의 이점이다. 부품에 적용하기가 쉽고 추가적인 인버터와 저장 기능을 추가하는 것이 더욱 쉬운 것이 장점이다.

워싱턴에서 사용되며 18개의 태양전지 패널로 구성되는 일반적인 주택용 시스템을 사용하는 한 예를 살펴보자. 그리드 타이드 기술을 이용하는 완벽하게 설치된 시스템은 상당한 인센티브 구매와 세금 계산 전에 단지 미화 2만7,000달러에서 가동된다. 더욱 똑똑한 그리드 연계형 기술과 고성능 48V 에너지 저장 시스템을 이용하는 동일한 설치물은 15% 더 높은 가격인 미화 3만1,000달러에서 가동된다. 모든 연방, 주, 공익사업체 인센티브에서 볼 수 있는 8년 투자금 회수 기간을 고려하면 이 차이는 최대 고작 연간 미화 500달러 정도이다.

그리드 연계형 기술에서 제거 가능한 주택 혹은 작은 사무실 환경에 대한 피해 비용은 말할 것도 없고, 이 금액은 정전 시 음식이 가득찬 냉장고 피해를 보상받는 일반 주택소유자들의 보험약관의 평균 보상 금액과 동일한 수준이다. 태양에너지 생산이 주류가 되고 있기 때문에 그리드 연계형 인버터와 같은 미리 조립된 시스템의 이용 가능성이 점차적으로 커지고 있고, 이는 이용자들에게 아주 매력적인 요소가 되고 있다.

올바른 신재생에너지의 결정

그리드와 연결된 것이든, 아니면 완전히 그리드와 독립되어 있는 것이든 간에 대부분의 에너지 소비자들은 전력 중단으로 인한 영향의 피해자들이다. 채소로 가득찬 냉장고의 전원이 차단되거나 사업체가 정전으로 인해 하루 중 생산이 중단된다면 그 피해는 엄청나서 정전에 대비하여 다른 전력 공급 방법을 생각하는 사람들이 많아질 것이다.

그리드에 연결된 전력 중단 사태로 곤란을 겪는 것뿐만 아니라 선진국들은 하루 중 일정 시간 동안만 전통적인 전력원에 기대는 경우가 늘고 있다. 그리드 연계형 시스템은 추가적인 호환적, 연결 가능한 전력원으로 전기를 지속적으로 공급하며 많은 경우 최소한의 가격 인상이 뒤따른다. 사용자들은 이러한 요구 충족을 위해 석탄이나 핵, 혹은 기타 논란이 많은 형태의 전력 생산을 늘리려고 하지 않는다. 수요는 신뢰성과 재생 가능성에 집중된다. 탄소 발자국(Carbon Footprints)을 줄이면서도 비용 절감을 창출함으로써 그리드 연계형 시스템은 이러한 요건을 충족한다.

그리드 연계형 인버터와 그리드 타이드 인버터의 차이는 단적으로 말하자면 신재생에너지 시스템에 대한 투자를 고려하는 누구나가 직면하는 결정과 관련된다. 두 시스템 모두 상황이 정상적이라면 올바른 선택이며 돈을 절약할 수 있다. 그리드 연계형 기술에서는 10~20%까지 더 투자함으로써 시스템 소유주들은 두 배의 효과와 신뢰성을 얻는다. 이러한 비용 차이는 시스템의 원금 환수 기간을 고려하면 무시할 만한 수준이다. 특히 태양광 전력의 비용 저하 혜택을 충분히 활용하는 상업적 용도에서는 이 비용 차이는 큰 것이 아니다.

현재 그리드 접근 가능 지역에 거주하는 사용자들은 독립형 전력 소비로 옮겨가는 극단적인 선택을 취하지 않고도 또한 그리드 타이드 시스템과 관련된 이익을 취하지 않고도 스스로 신재생에너지의 미래를 만들어가고 있다. 그리드 연계성 시스템의 선택을 통해 사업체와 소비자들은 상황이 좋을 때는 환경과 비용 면에서 친환경적인 태양광, 풍력, 혹은 수력 발전의 장점을 취하면서도 상황이 좋지 않을 때에도 환경을 생각하는 생태계의 일원으로 꾸준하게 역할을 담당하고 있다. 그 결과 에너지 신뢰성이 높아지고 청구서 금액은 줄어들고 탄소 발자국이 줄어들며 행복한 에너지 사용자가 되는 것이다.

본 기사는 미디어그룹 인포더에서 발행하는 글로벌 PV 매거진 Monthly INTER PV(영문) 내용을 게재한 것입니다.

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