[EMS] 태양광 발전 시스템 구성 및 설계

1. 태양광 발전의 개요
2. 태양광 발전 시스템 정의 및 종류
3. 모듈, 인버터, 접속함, 송배전반 이해
4. 구조물 및 계통 연계 이해
5. 태양광 발전시스템 array 설계

 

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태양광 발전의 개요

1. 태양광 발전

실리콘 반도체등으로 구성된 태양전지에 빛이 닿으면 전기를 발생하는 현상을 이용해 햇빛을 직접 전기로 변환하는 방식

 

2. 변환 효율

태양전지의 효율은 태양전지에 의해 전달 전력과 태양에 의해 복사된 전력 사이의 관계

 

 

 

태양광 발전 시스템 정의 및 종류 

 

1. 태양광 발전

햇빛을 받으면 광전 효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용해 전기를 생산하는 발전 방식

• 장점
  • 에너지원이 청정, 무제한
  • 필요한 장소에 필요한 발전 가능
  • 유지보수 용이, 무인화 가능
  • 장수형(20년 이상)
• 단점
  • 생산량이 지역별 일사량에 좌우
  • 에너지밀도가 낮아 넓은 설치면적 필요
  • 설치 장소 한정적, 고비용 (시스템비용, 투자비, 발전 단가)

 

2. 태양광 발전 시스템 종류

계통 연계형	독립형	하이브리드형
- 발전 전력을 즉시 교류로 변환하여 상용전력망에 공급 - 설치 용량 제한 X - 인버터 필수 설치 - 전력 계량 필요	- 발전 전력의 생산과 공급을 전력망에 의존하지않고 자체 해결 가능 - 산간, 섬, 격오지 (설치 지역 제한 X) - 배터리 필수여서 발전단가 높음	- 복합 태양광 발전 시스템 - 발전 전력을 주간에 사용하고 잉여 전력을 축전하여 야간에 사용 -악천후로 일광 부족할 경우 디젤발전, 풍력발전기 등을 이용

 

 

3. 태양광발전 시스템 구성품

• 태양전지(solra cell)로 구성된 모듈, Array, 접속함
• 전력 변환 장치(인버터) 및 차단 장치 
• 변압기 및 보호 계전기
• 구조물 및 기초지지대, 기상관측 장치, 모니터링 시스템

태양광발전시스템 구성

 

4. 기상 조건에 따른 발전량과의 상관관계

 

 

모듈, 인버터, 접속함, 송배전반 이해

1. 모듈

 

 

태양전지의 최소 단위를 셀이라고 하며,

여러개의 셀을 직렬로 연결하여 패널 형태로 제작한 것

 

Array : 모듈 여러개를 직.병렬로 연결하여 용도에 맞게 배열한 것.

태양광전지 어레이라고 한다.

 

모듈수량 = 발전량 

 

 

 

 

 

 

 

2.인버터

 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 장치, 상시 역률 1에서 운전

 

1) 인버터의 동작 원리

• 인버터는 트랜지스터나 IGBT등 스위칭 소자를 이용하여 구성한다
• 역송전 원리 : 계통 연계 인버터는 낮은 수위의 물을 끌어올리는 펌프와 같은 동작을 하며 태양전지에서 발전된 전력을 상류 계통에 밀어 올린다.
• 인버터측 전력의 전압위상이 계통측 보다 앞서게 되면 계통측으로 보내게 되며, 전압위상이 뒤진 경우 인버터측으로 전력이 보내진다.

 

2) 인버터의 종류 (회로구성)

	전류형(Current Source)	전압형(Voltage Source)
개념	정류부에서 전류를 가변하여 평활용 Reactor로 일정 전류를 만들어 인버터로 주파수를 가변함	정류부에서 일정 DC 전압을 만들고 인버터로 전압과 주파수를 동시 가변함
회로 구성
장점	- 고성능, 대용량 기종에 적합  - 전류회로가 간단 - 과부하 시 속도가 낮아지지만 운전 가능 - 스위칭 소자 및 출력 변압기의 이용률이 높다	- 제어성이 우수(소, 중용량) - 전압원으로 직류 전원을 공통 사용 가능 →복수 인버터 제어 가능 - 모든 부하에서 정류가 확실
단점	- 피드백이 필수 → 제어회로 복잡 - 부하 전류 인버터라 전압 스파크가 크고 전동기 동작에 영향을 미칠 수 있다. -  저주파에서 토크 맥동이 발생	- 유도성 부하만 사용 가능 - 듀얼 컨버터 필

 

 

3) 인버터 회로 방식

 

 

 

4) 인버터 설치 구조 및 특징

 

 

5) 인버터 운전에 따른 기능

• 직류를 교류로 변환하고, 태양전지의 성능을 최대로 인출하기 위한 기능, 이상/ 고장시를 위한 보호 기능 구비
  • 자동 운전 정지기능 : 일출 시 운전 개시, 일몰 시 운전 정지 
  • 최대 전력 추종(MPPT) 제어 : 태양전지의 동작점이 항상 최대 전력을 추종하도록 변화시켜 최대 출력 발생
  • 단독 운전 방지기능 : 계통측에 이상이 발생하면 이상 상태를 검출하고 동작을 정지 시킴
  • 자동 전압 조정 기능 : 역송 운전시 수전 점 전압이 전력회사의 운용 범위를 넘지 않도록 방지
  • 직류 검출 기능 : 반도체 스위치 제어용 고주파로 인해 약간의 직류분이 출력에 중첩된다. => 계통측 악영향
  • 계통 연계 보호 장치 : 계통, 인버터에 이상 발생 시 인버터를 분리/ 정지시켜 계통측의 안전 확보

 

 

3. 접속함

태양전지 모듈의 스트링을 단자대를 이용하여 하나의 접속함에서 연결. 인버터 모듈 중간 단계, 

감시용 전류/전압계,차단기, 피뢰소자, 역류방지 다이오드, 단자대, 퓨즈 등을 수납

 

 

 

4. 송.배전 설비

송전 : 발전소에서 생산한 전기를 변전소까지 보내는 과정

배전 : 변전소에서 최종 소비처로 전기를 공급하는 과정

 

 

* 일사량 (Solar radiation quantity)

태양으로부터 지표면에 도달하는 태양의 복사 에너지량. 발전량 결정 요소. 태양광 발전 출력 예측

- 직달일사 : 지표면에 직접 도달하는 태양 광선

- 확산일사 : 대기에 의해 분산되어 지표면에 도달하는 태양광서

- Albedo : 태양광선에 대한 반사 정도를 나타내는 수치