신재생에너지 발전설비 산업기사 시스템 개요

신재생에너지 발전설비 산업기사 시스템 개요

■ 태양광발전의 정의

태양광발전은 무한정, 무공해의 태양 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이다.  즉, 태양전지를 이용하여 햇빛을 직접 전기로 변환하는 장치로 시스템 작동을 위한 별도의 에너지가 필요 없다. 

 

기본 원리는 반도체 PN 접합으로 구성된 태양전지에 태양광이 조사되면 광 에너지에 의한 전자 -공정 쌍이 여기 되고, 전자와 정공이 이동하여 N층과 P층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기 전력 효과에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다. 이러한 태양 전지는 필요한 단위 용량으로 직, 병렬연결하여 내후성과 신뢰성을 가진 재료와 구조의 용기 내에 봉입된 태양전지 모듈 (solar cell module)로 상품화된다.

 

태양광 발전 시스템은 수요자에게 항상 필요한 전력을 공급하기 위하여 모듈을 직, 병렬로 연결한 태양전지 어레이와 전력 정장용 축전지, 전력 조절장치, 및 직, 교류 변환 장치(inverter)등의 주변장치로 구성된다.

 

태양 → 태양전지(solar cell)  →  DC  → 전력 조절장치(Power conditioner)  →  AC  → 전력계통 또는 부하

 

■ 태양광발전 시스템의 구성

태양광발전시스템은 일사량에 의존하여 직류 전력을 발전하는 태양전지와 발전된 전력을 부하에 공급하기 위한 부하 메칭의 기본 기능을 요구하고 있다.

1. 일사량에 의존하여 직류 전력을 발전하는 태양전지 어레이
2. 발전한 전기를 저장하는 전력저장 축전 기능
3. 발전한 직류를 교류로 변화하는 인버팅 기능과 전력품질 및 보호 기능을 갖는 PCS(Power Conditioning System) 기능
4. 전력계통이나 다른 전원에 의한 백업(Back-up) 기능
5. 발전된 전력을 공급하기 위한 대상 부하

태양광 발전시스템은 입사된 태양 빛을 직접 전기에너지로 변환하는 부분인 태양전지나 배선, 그리고 이것들을 지지하는 구조물을 총칭하여 태양전지 어레이라 한다.

 

태양전지 어레이 구조물과 그 외의 구성 기기는 일반적으로 주변장치(BOS:Balance of System)라고 한다. 태양전지 어레이와 축전지를 제외한 인버터 등의 전기적인 전력 변환 기기류와 제어, 보호장치를 일체화한 유닛을 PCS라고 한다. 태양광발전시스템은 여러 가지 요소로 구성되어 있으며, 일반적으로 다음과 같이 분류하고 있다.

1. 태양전지 어레이 (PV array)
2. 직류 전력 조절장치(DC power conditioner)
3. 축전지(battery storage)
4. 인버터(inverter)
5. 계통연계 제어장치

 

■ 태양광발전 시스템의 종류

태양광발전 시스템은 상용 전력계통과 연계 유무에 따라 독립형(Stand-alone)과 계통 연계형(Grid-connected)으로 분류할 수 있으며, 일부의 경우 풍력발전, 디젤발전 등과 결합된 하이브리드(Hybrid) 형을 별도로 구분하기도 한다.

 

독립형 시스템의 경우 주로 등대, 중계소, 인공위성, 도서, 산간벽지 전원 등에 사용되고, 계통 연계형 시스템은 주택, 빌딩 등의 옥상 등에 설치하여 사용된다.

 

▶ 독립형 태양광발전 시스템

독립형은 전력회사의 전기를 공급받을 수 없는 도서지방, 깊은 산속 또는 등대화 같은 특수한 장소에 적합한 설비로서, 전력공급에 중단이 없도록 축전지, 비상발전기와 함께 설치한다. 부속설비가 많아 설비 가격이 상당히 비싸며, 충방전이 계속되는 운전 특성상 납축전지의 경우 2~3년마다 한 번씩 축전지 전체를 교체하여야 하므로 유지보수비가 대단히 비싼 편이다. 독립형은 전력망에 접속할 수 없는 섬이나 특수지역 또는 특수한 목적에 사용된다/

 

▶ 계통 연계형 태양광발전시스템

계통 연계형은 전력망과 병렬 운전되는 태양광 발전시스템으로서 발전된 전력량과 부하설비용량에 따라 역송 가능 계통 연계 시스템과 역송 불가능 계통연계 시스템이 있다. 역송 가능 계통연계 시스템은 태양광 발전용량이 부하설비 용량보다 적은 경우에 적용한다. 태양광발전이 적합하지 않은 시기(야간, 흐린 날씨)에도 발전량 저하를 고려할 필요가 없고, 설비가 간단하다. 우리나라의 경우에는 도서지역과 특수지역을 제외하고는 대부분의 태양광 발전설비는 계통 연계형을 채택한다.

 

▶ 하이브리드형 태양광발전시스템

태양광발전시스템과 다른 발전시스템을 결합하여 발전하는 방식