태양광발전 감시 장치에 의한 현장 감시체제 구축

50kW 이상의 설비는 ‘자가용 전기 공작물’로서 전력회사와의 계약 업무 및 큐비클 설치 등에 필요한 초기비용과 함께 주임기술자 선임 등과 같은 운전 자금이 포함되므로, 기존 사업소나 공장 지붕을 이용한다던가 어느 정도의 규모가 있는 사업이어야만 전기 판매에 의한 채산성이 발생한다. 그러나 일반 전기 공작물로 취급되면 이 같은 불필요한 비용이 경감되기 때문에 기존 공터를 이용하거나 농경지를 전용하거나 또는 분양지를 이용한 태양광발전설비 보급이 급증하고 있다.

하지만 대부분의 태양광발전설비가 제대로 관리되지 못하고 있는 지금의 상황에서 50kW 규모 이상의 설비 트러블에 대해 ‘이상시 통보 수단’이 강력하게 요구되고 있다. 실제로 메가솔라 규모 설비의 경우 상시 인원이 배치돼 있고 50kW 이상의 설비에서도 주임기술자에 의한 정기적인 점검이 이뤄지고 있다. 또한, 일반 가정용 설비에서는 생산된 전기가 전량 매입되지 않으므로, 문제 발생시 자택 내에서 태양광발전 상황을 모니터링할 수 있을 만큼은 설비가 구축되고 있으므로 문제 발생부터 고장 검지까지 이를 발견하지 못하는 경우를 걱정할 필요는 없다.

그러나 50kW 미만 설비의 경우 ‘전력회사에서 판매 명세서가 도착하고 나서 처음으로 설비에 문제가 있다는 것을 알게 됐다’는 것 등과 같은 사례도 종종 발생하고 있다. 또, 이 정도 규모의 설비는 50kW 미만이라는 규모로 구성하기 위해서 5.5kW×9기=49.5kW 혹은 4.4kW×11기=48.4kW와 같은 조합으로 운용되기 때문에, 그 중 1블록이 고장으로 인해 정지돼도 8/9≒88.9% 또는 10/11≒90.9%의 출력 확보가 가능해 전력회사에서 매전량이나 설비 전체의 발전량을 모니터한다 해도 계절이나 매일의 날씨 및 일사량에 의한 증감과 구별하기가 대단히 어려운 실정이어서 설비의 불량 발견을 더욱 어렵게 하고 있는 것도 사실이다. 여기에서는 실제로 운용되고 있는 ‘태양광발전 감시 장치’를 예로 들어, 그 설치 사례와 시스템 구축, 관리 방법 등에 관해 설명한다.

다목적 원격 감시 장치 ‘솔라감시왕’
‘솔라감시왕’은 누전(절연) 감시 및 온도 감시, 접점 감시 등의 다목적 원격 감시 장치로, 일본에서 폭넓게 사용되고 있는 ‘감시왕 시리즈’를 태양광발전설비 관리에 특화시키기 위해 재설계한 제품이다. 특히, 블록별 고장 검지를 개별적으로 실행함으로써 소유자에게 가장 필요한 정보를 정확하게 통지해 줄 수 있다는 것이 강점이다.

태양광발전 절전 설비에 있어 고장이 많이 발생하는 곳은 단연 파워 컨디셔너(이하 PCS)를 꼽을 수 있는데, 여기에 발전 패널을 조합시키는 스트링 단선 등도 PCS로부터의 출력 유무로 검지할 수 있기 때문에 합리적인 검출 방법이라고 할 수 있다. 또, 발전설비 전체의 발전이 매일 아침부터 저녁까지 정상적인 사이클로 운용되고 있음을 별도 센서로 통지해 주는 기능도 겸비하고 있다.

감시 장치 자체의 전원은 발전설비로부터 공급되기 때문에 설비 전체에 정전이 발생했을 때 통보도 장치에 내장된 백업 전지에 의해 ‘정전’ 통보를 할 뿐 아니라, 전용 서버에서의 정기적인 상호 통신에 의해 본체 고장을 진단하는 기능도 탑재돼 있다. 이는 특히 낙뢰 등에 의한 만일의 불가항력으로 인해 기능이 정지해 버렸을 때 통지수단으로서 효과적이다.

이 외에도 장치의 전원 투입 및 정기 통보, 백업용 전지의 소모 및 설비 내 누전 감시(별매 옵션) 등의 통지를 임의로 선택할 수 있다. 이상의 통지는 휴대 단말기(스마트폰·휴대전화)나 PC에 전자메일을 송신할 수 있으므로 소유자나 관리자는 어디에 있어도 이상의 발생에 대해 실시간으로 알 수 있다. 또한, 휴대 단말기나 PC로부터 전용 서버를 경유해 접점 출력 조작을 실시할 수 있기 때문에 현지 태양광발전설비에 대해 긴급정지나 재기동, 기타 설비의 스위치를 원격에서 조절할 수 있다.

솔라감시왕의 대표적인 강점을 두 가지 꼽으면 다음과 같다. 첫째로, PCS 자체에 이상 및 고장 출력 접점이 없는 PCS도 출력 케이블에 센서를 사용함으로써 태양광발전설비의 규모에 관계없이 최대 12대까지 PCS의 개별 고장을 솔라감시왕 1대로 상시 감시할 수 있다는 것이다. 경보 출력 단자를 갖추고 있는 PCS라면 센서 설치는 생략 가능할 수 있으며, 만일 운전시간 내에서 PCS에 출력 정지가 발생하는 이상 사태에서는 고장으로 검출해 메일로 통보한다. 이상이 없을 경우라도 매일 태양광발전 시작과 종료를 정기적으로 오전 9시와 오후 3시에 자동으로 통보하는 기능도 장착돼 있다.

두 번째로는 휴대 단말기나 PC로부터 솔라감시왕에 내장돼 있는 외부 접점 출력단자를 수동으로 ON/OFF 할 수 있다는 점이다. 원격에서 각종 출력 시퀀스와 조합시켜 PCS의 긴급 정지나 재기동 등과 같은 무선으로 컨트롤할 수 있다. 외부 접점 출력은 솔라감시왕의 각종 검출기능과도 연동시킬 수 있기 때문에 현장의 다양한 기동 스위치나 검출기 및 각종 경보기와 조합시켜 현장에서 정기 혹은 이상에 맞춘 기동이나 경보 발령도 가능하다. PCS 자체에 이상이나 고장 출력 접점이 없는 PCS도 동일한 원격 이상 감시 장치가 가능하기 때문에 50kW 미만 전기 공작물이 되는 태양광발전설비에도 대응할 수 있으며, 정전이나 누전 통보, 자기진단, 원격조작은 물론이고, 복수의 PCS 개별관리나 각종 검출장치와 조합해 간단하면서 실용적인 감시 시스템을 구축할 수 있다.

‘솔라감시왕’만의 강점
대부분의 50kW 미만 태양광발전설비는 전기 주임기술자가 배치되지 않는 무인 원격지에 설치되는 게 보통이다.
50kW급 태양광 설비는 2015년 5월 기준 일본의 경우 약 100〜180만엔/월인데, 태양광 패널이나 PCS의 고장에 의한 발전 정지, 지역 송전의 정전이 발생하면 설비 자체의 채산성이 위태로워질 뿐 아니라, 이를 알아채지 못하고 방치할 경우 치명적인 손실과 타격을 입게 된다. 이처럼 원격지에 있는 태양광발전설비에 있어서는 ‘원격 상시 감시 장치’가 중요한 역할을 하기 때문에 반드시 이 같은 설비를 설치할 필요가 있다.

그러나 오래된 고액의 태양광발전 감시 장치 사양에서는 ‘설비의 발전량 모니터링 기능’ 등이 중요시되기 때문에 그 데이터를 송신하기 위한 비싼 통신비용 관련 운영자금 문제와 블록별 고장 검지 기능이 없어 본래의 설비 감시라고 하는 목적을 실현하지 못하는 상품도 많다. 특히, ‘발전량 모니터링’ 기능은 소유자 측에서도 ‘전기의 가시화’라는 의미에서 수요가 많기는 하지만, 모니터링된 발전량으로부터 설비의 좋고 나쁨을 판단할 수 없는 것도 사실이다.

양방향 통신 시스템의 유용성
‘감시왕 시리즈’는 양방향 통신의 전용 서버 ‘MBS(무사시 백업 시스템)’에 의해 모든 단말을 소유자와 관리자가 원격에서 관리할 수 있도록 한 제품이다. 이제까지의 각 통보에 관한 설정 조작 기능과 함께, ‘통신이력(최장 3년간) 확인’, ‘현장 상황 확인’, ‘원격에 의한 접점 출력 단자의 조작’ 등을 인터넷상의 전용 페이지로 간단히 실행할 수 있다.

‘현장명’과 ‘발신처의 메일 주소’, ‘각 입력 정보’ 등의 초기 설정은 워드프로세서 정도의 문자입력 조작을 할 수 있는 스킬이 있으면 전문적인 지식이 없어도 운용이 가능하며, 통보처의 등록은 기본적으로 5개의 메일 어드레스 범주를 설정할 수 있다. 어드레스 범주마다 송신하는 메일 종류를 선택할 수 있으므로 ‘소유자’→긴급시의 ‘고장 통지만’, ‘관리자’→‘정기통보를 포함한 모든 메일’ 등과 같이 편리하게 구분해 사용할 수도 있다.

또, 어드레스 범주는 보통의 메일 소프트와 마찬가지로 콤마로 구분해 복수의 메일 어드레스를 등록할 수 있으므로 동일한 조건이라면 더욱 많은 발신처에 한꺼번에 메일을 보낼 수도 있다. MBS를 조작할 때는 무사시인텍 홈페이지에서 링크된 전용 페이지로 들어가게 되며, ID와 비밀번호를 사용해 사용자별 페이지에 로그인 관리되고 있기 때문에 이용자의 보안도 유지되고 있다. MBS 화면상에서는 단순한 열람 이외에도 필요에 따라 항목이나 통신 이력 데이터를 추출할 수 있는 데다 CSV 형식 데이터로 출력할 수도 있으므로 엑셀 등의 표계산 소프트웨어로 운용하는 경우에도 활용이 가능하다.

‘솔라감시왕’의 설치 및 운용 방법
‘솔라감시왕’에는 휴대전화 등에 보급되고 있는 패킷 통신망 모듈이 내장돼 있기 때문에 일본 내 폭넓은 지역에 설치가 가능하다. 최대 장점은 설치에 따르는 전화선 및 LAN 등의 공사나 수속이 필요 없기 때문에 비용 절감에도 기여한다는 점이다. 전파 강도는 설치시 본체 파이로트 램프에 의해 5단계로 확인할 수 있으며, 사전에 휴대전화 회사의 전파지역 MAP으로도 확인할 수 있다.

[IMAGE8] 설치는 본체 및 필요 부품만으로 구성돼 있는 ‘표준 세트’와 플라스틱 BOX 내에 수납되고 배선이 완료돼 있는 ‘BOX 세트’가 있는데, 50kW 이하의 태양광발전설비가 주로 설치되는 ‘야외 설치형’ 현장에서는 BOX 세트가 편리하다. PCS 또는 집전 상자에 충분한 공간이 있을 경우는 장치 본체를 직접 달면 되는데, 본체 뒷면에 마그넷이 장착돼 설치도 간단하다. 또한, ‘설비 발전 감시’ 및 ‘PCS 감시’를 하는 센서는 모두 개폐가 가능한 분할형 센서이기 때문에 신설 현장뿐만 아니라, 이미 가동 중인 태양광발전설비에도 안전하게 설치할 수 있다. 표준 및 BOX 세트 모두에는 낙뢰대책으로서 피뢰기(서지 킬러)가 장착돼 있다.

다목적 원격 감시 장치로서 솔라감시왕의 보급확대 기대
태양광발전설비의 고장 감시를 합리적이고 정확하게 하기 위한 감시 장치로서 ‘솔라감시왕’은 다채널 PCS 관리와 설비 전체의 관리에 중점을 두고 설계돼 심플하면서 운용도 쉬운 시스템이다. 현 단계에서 외부 접점 출력에 의한 원격 접점 조작은 긴급성이 높은 태양광발전설비의 분리 및 재송전에 있어서도 앞으로 수요가 일반화될 전망이 높으며, 원격조작이 불가능한 현재 가동 중인 PCS에 보조적으로 운용할 수도 있다.

또, 시리즈로 시판 중인 제품들은 당초 예상된 누전(절연) 감시 이외에도 급배수 수준 감시나 농축산 업계에서의 온도 감시 등에서 폭넓은 운용 실적을 가지고 있는데, ‘솔라감시왕’도 업종을 막론하고 여러 분야에서 활용되길 기대한다.

이리에 게이이치(Irie Geiichi)
무사시인텍 홍보 및 기술서비스부

SOLAR TODAY 편집국(st@infothe.com)

<저작권자 : 솔라투데이 (http://www.solartodaymag.com/) 무단전재-재배포금지>