태양광 (2)

태양광 (2)

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머털도사의 건축 단상(44) 


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태양광을 설치하기 위해서는 몇 가지 구성 요소에 대하여 정확하게 이해해 둘 필요가 있다. 


① 태양광 모듈 

태양광 패널은 태양광 발전에 설치되는 완제품으로 태양광 생태계에서 핵심 부품이다. 중국산은 가격이 저렴하지만, 한국산 제품보다 성능과 품질에 미치지 못하고, 태양광 모듈은 25년에서 30년까지 장기적으로 내다보고 설치해야 하는 설비 중 하나이다.


그러므로 구조적, 화학적으로 안정되고 습도, 온도변화, 진동 등 외부적인 충격에 잘 견딜 수 있도록 설계되어 생산된 것을 선택해야 한다. 


필자의 회사에서 설치한 제품은 LG산으로 지금까지 성능과 효능에서 중국산과는 달리 뛰어난 효과를 발휘하고 있다. 영하의 기온과 고온 및 습도, 진동에 이상이 없는 제품을 선택하는 게 중요하다. 

        

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② 인버터(INVERTER) 

태양전지에서 생산된 직류를 교류로 변환하여 우리가 사용할 수 있는 전기로 바꾸어주는 것이 바로 ‘인버터’이다. 태양 에너지의 직접 출력은 일반적으로 12VDC, 24VDC 및 48VDC이다. 


240VAC 기기에 전원을 공급하기 위해서는 가정용 태양광에서 생성된 DC 전원을 AC 전원으로 변환해야 하므로 DC-AC 인버터가 필요하다. 인버터는 전력 계통에 문제가 생기면 장치를 안전하게 정지시키는 역할을 한다. 


이러한 인버터의 기능들을 정리하면 다음과 같다. 태양전지 어레이로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 교류 전력 계통에 접속된 부하설비에 전력을 공급하는 것과 동시에 잉여 전력을 계통에 역으로 흘려주는 역조류 기능, 전력 계통의 이상 유무를 감지하여 전력 계통과의 보호 협조기능을 갖는 전력변환장치 PCS(Power Conditioning System)라고도 부르며, 태양광 발전 시스템 중 태양광 모듈을 제외한 주변장치 중에서 가장 큰 비중을 차지한다.


1) 직류 전력을 교류 전력으로 변환 2) 교류 계통으로 접속된 부하설비에 전력 공급 3) 잉여 전력을 계통으로 역송전 또는 배터리 충전 4) 생산 전력 전량을 전기회사의 배전선에 역송전 5) 태양전지의 발전 전력을 최대로 이끌어내도록 제어 이상 시나 고장 시에 보호기능  

  

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③ 컨트롤러(Controller)

태양 에너지 컨트롤러는 단일 칩 컴퓨터와 특수 소프트웨어를 사용하여 배터리 방전율 특성 보정을 사용하여 지능형 제어 및 정확한 방전 제어를 실현한다. 


태양광 발전은 태양 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하기 위해 태양 전지를 사용하는 태양광 효과의 원리를 기반으로 하기에, 태양광 발전 시스템은 독립적으로 또는 그리드 연결 발전에 사용되든 주로 태양 전지판, 컨트롤러 및 인버터로 구성된다.


따라서 태양광 발전 장비는 매우 정교하고 신뢰할 수 있으며 안정적이며 수명이 길며 설치 및 유지 보수가 쉽다. 이론적으로, 태양광 기술은 우주선에서 가정용 전원 공급 장치, 메가와트 수준의 발전소에서 장난감에 이르기까지 전력 공급이 필요한 모든 경우에 사용될 수 있다. 


태양광 충전 컨트롤러는 배터리를 사용하는 거의 모든 태양광 발전 시스템에 필요하다. 태양광 충전 컨트롤러의 역할은 태양열 패널에서 배터리로 가는 전력을 조절하는 것이다. 배터리를 과충전하면 배터리 수명이 현저하게 줄어들고 최악의 경우 배터리를 사용할 수 없게 될 정도로 손상될 수 있다.


가장 기본적인 충전 컨트롤러는 배터리 전압을 모니터링하고 회로를 개방하여 배터리 전압이 일정 수준까지 올라가면 충전을 중지한다. 최근의 충전 컨트롤러는 PWM(Pulse Width Modulation)을 사용하여 배터리가 완전히 충전된 상태에 가깝고, 가까워짐에 따라 배터리에 적용되는 전력량을 천천히 낮추어준다.  


대부분의 태양광 발전 시스템은 자동차에서 찾을 수 있는 것처럼 12볼트 배터리를 사용한다. 태양 전지판은 배터리를 충전하는 데 필요한 것보다 훨씬 많은 전압을 전달할 수 있다. 본질적으로, 초과 전압을 암페어로 변환함으로써, 충전 전압은 최적의 레벨로 유지될 수 있으며, 배터리를 완전히 충전하는 데 필요한 시간은 감소된다. 이를 통해 태양광 발전 시스템은 항상 최적의 상태로 작동할 수 있다.

태양열 충전 컨트롤러의 최종 기능은 역전류를 방지한다. 야간에 태양 전지판이 전기를 생산하지 않을 때, 전기는 태양 전지 패널을 통해 배터리에서 실제로 뒤로 흐르면서 배터리를 배수시킨다. 충전기는 태양열 집열판에서 아무런 에너지가 들어오지 않는 것을 감지하고 회로를 열어 태양 전지판을 배터리 및 역방향 전류 흐름을 중지한다.


태양광 컨트롤러의 작동 원리는 무엇인가? 

태양광 컨트롤러는 단일 칩 컴퓨터와 특수 소프트웨어를 사용하여 배터리 방전율 특성 보정을 사용하여 지능적인 제어와 정확한 방전 제어를 실현한다. 


최종 방전 전압은 방전 속도 곡선에 의해 보정된 제어점이며, 이는 간단한 전압 제어, 과방전의 부정확성을 제거하고, 배터리의 고유 특성에 따른 즉 상이한 방전 속도는 상이한 최종 전압을 갖는다. 과충전, 과방전, 전자 단락, 과부하 보호, 고유한 역전 방지 연결 등을 자동 제어한다.  


모든 제어 장치는 칩을 사용하며, 이는 저온, 고온 및 습한 환경에서 자유롭게 작동할 수 있다. 디스플레이 및 설정, 원 버튼 조작으로 모든 설정을 완료할 수 있으며, 매우 편리하고 직관적인 역할을 사용하여 전체 시스템의 작동 상태를 제어하고 배터리 과충전 방지, 과방전 보호를 수행한다. 


온도 차이가 큰 경우 적격 컨트롤러에도 온도 보정 기능이 있어야 한다. 조명 제어 스위치 및 시간 제어 스위치와 같은 기타 추가 기능은 컨트롤러에 대해 선택 사항이 추가될 수도 있다.


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  <다음에 계속>


Daniel Kim

esoltec.uptown@gmail.com


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