태양광 발전 기초 이론 및 설계 (1) : 태양광 모듈 직병렬 회로 계산하기

태양광 발전 기초 이론 및 설계 (1) : 태양광 모듈 직병렬 회로 계산하기

 

안녕하세요? 흑화한햄스터이올시다입니다.

이전에 태양광, 태양열 차이에 대한 게시글을 썼었는데요.

2021.12.01 - [공부하자] - 왜 태양광과 태양열을 혼동하여 쓰는가? : 사진으로 보는 태양광 태양열 차이

왜 태양광과 태양열을 혼동하여 쓰는가? : 사진으로 보는 태양광 태양열 차이

이번 게시글은 태양광 발전에 대한 기초 이론을 알아보고

직병렬 회로 계산하는 방법에 대해 간단하게 알아봅시다.

제가 공부한 지식을 바탕으로 쓰인 글이라 틀린 정보가 있을 수 있으며, 정정 환영합니다.

1. 태양광 발전 개요

태양광 발전

 ㅁ 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전 시스템
 ㅁ pn 접합의 반도체 구조로 태양 빛을 받으면 광전효과를 통해 발전
 ㅁ 태양광 전지판(PV String, 직렬 형태)->태양광 접속반(Array, 병렬 형태)->태양광 인버터(PCS)->계통 연계/부하  
  ㅇ 태양광 인버터 입력 전 : 직류(DC)  
  ㅇ 태양광 인버터 입력 후 : 교류(AC)
+ 인버터 : 직류(DC)를 교류(AC)로 변환함. 컨버터의 경우 반대(AC->DC). PCS는 보통 양방향으로 ESS 배터리에 쓰인다(충, 방전이 필요하므로!)

+ 태양광 발전의 경우 보통은 '전기'를 생산하고 태양열 난방의 경우 '온수'(또는 난방) 생산한다.

+ 태양열 발전 할 수도 있지만 가정용 태양열은 대부분 태양열 난방, 태양열 온수가 대부분이다.

(위 내용이 이전에 쓴 게시글의 주 내용으로... 많은 사람들이 태양열 집열판(태양열)을 전지판(태양광)으로 부르는 것에 대한 의문을 담은 글이다.)

2. 태양광 발전 패널 구성

ㅁ 태양광 발전 패널 = 태양광 전지판 = Photovoltaic(PV)
 ㅇ 셀 -> 모듈 -> 스트링 -> 어레이
    cell   ->    modules    -> string  -> array
  기본단위   판매단위      직렬      병렬

(+추가 : 사진상으로는 어레이라고 표시했는데 직렬개수 정도에 불과하다면 string이 더 적합할 거 같다. 그리고 뒤의 모듈들까지 전체 포함해서 array가 더 그럴듯한 느낌)

- 태양광 모듈 = 태양전지 패널 (국내에선 같은 의미로 사용)
 셀 -> 모듈 -> 패널 -> 어레이 순서로 설명하기도 함

ㅁ태양전지 종류
 ㅇ 다결정 실리콘 태양광 모듈 : 제작 공정이 간단, 대량생산 가능, 단가 저렴, 에너지 효율 상대적으로 낮음, 주택용
 ㅇ 단결정 실리콘 태양광 모듈 : 원자배열 규칙적, 배열 방향 일정, 효율 높음, 대규모 태양광 발전 용도

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3. 태양광 어레이 직병렬 회로 선정(예시)

 ㅁ 수요에 맞게 발전하고자 하는 용량을 선정 : 1MW(예)
 ㅁ 태양광 모듈을 선정 : 440W
 ㅁ 태양광 인버터 선정 : 1MW (발전 용량의 90% 이상)
 ㅁ 모듈과 인버터의 데이터 시트를 참고하여 계산 필요

출처 : 신성이엔지 모듈

(예시 사진으로 사진 우측의 데이터를 참고합니다. 그외의 상세 데이터를 참고해야 할 수도 있음)

ㅇ 총 발전용량 / 태양광 모듈 용량 = 1MW / 440W = 2,272.72... 개

ㅇ 직렬회로 수 산정할 때는 접속함 입력 가능 전압을 고려해야 한다. 1500V까지 가능하다면 41.1V*28 = 1,150.8V로 28 직렬 정도는 OK (간단하게 한 버전)

ㅇ 모듈 개수 / 직렬수 = 2,272 / 28 = 81.1429 정도 나온다.

ㅇ 28 직렬 x 82 병렬 = 2,296 개 (모듈 개수)

ㅇ 440W x 2,296개 = 1,010,240W => 거의 1MW

ㅇ 태양광 어레이의 회로 구성은 28 직렬(Series)과 82 병렬(Parallel)로 설계한다.

ㅁ 태양광 어레이 구성을 그림으로 표현하자면 다음과 같다.

ㅇ 82병렬 개수 전체를 한 접속함에 보통 넣지 않는다. 접속함 사이즈에 따라 다르겠지만 쪼개서 넣게 되는데 그것은 다음 게시글에서 다루겠다.

 

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