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2023년 9월 29일
카본 중립 실현을 향해 청정 에너지로의 전환이 가속적으로 진행되고 있는 가운데, 환경성은 민간 기업이나 지방 자치체 등이 지붕이나 주차장에 태양광 발전을 설치해 그 전력을 건물내에서 소비하는, 소위 자가 소비형 태양광 발전※1의 도입을 촉진하고 2030년도까지 20GW의 도입 목표를 선언했습니다.
Enewell-SOL P3A 25kW
또한 신재생에너지 고정가격매입제도(FIT)의 축소와 함께 에너지가격 상승, BCP(사업계속계획) 및 환경대책 등 기업의 과제 의식이 높아짐에 따라 향후 자가소비형 태양광 발전 시장의 확대가 예측되고 있다.
자가소비형 태양광발전에서는 계통측으로의 전기의 역류(역조류)가 발생하지 않도록 건물 내에서 사용하는 소비전력을 감시하면서 발전전력을 잘 제어함으로써 발전전력을 최대한 활용하는 것이 중요하다.
그리고, 당사는 지금까지 축적해 온 파워 변환 기술을 활용한, 자가 소비형 태양광 발전 시스템에 최적인 파워 컨디셔너 Enewell-SOL P3A 25kW(이하 P3A)를 개발, 지금까지의 제품에 더해 새로운 라인업으로 해
해 2023년 3월에 일본 시장에서의 판매를 개시했습니다. P3A는 발전 전력을 최대한 활용하고 CO2삭감으로 탄소 중립의 조기 실현에 기여합니다.
※1 자가 소비형 태양광 발전이란고정 가격 구매 시스템을 사용하여 발전된 전기를 판매하는 대신 자체 시설에서 사용합니다. 전력 회사에서 사서 사용하는 전기에서 자가 발전의 전기로 바뀌면 전기 요금을 줄일 수 있습니다. 휴무일이 적고 낮 동안 전기 사용량이 많은 시설은 발전한 전기를 최대한 활용할 수 있기 때문에 자가 소비형 태양광 발전 시스템의 도입에 특히 적합합니다. (환경부 HP에서)
P3A는 자가 소비형 태양광 발전 시스템 용도에 특화된 기능 및 구조로 발전 전력을 자가 소비에 최대한 활용합니다. 국산 메이커로서의 지식을 살려, 공장 등의 전원 설비, 설치 환경을 충분히 고려한 설계가 되어 있어, 최소한의 설비·시공 비용으로 도입하는 것이 가능합니다. 이하에 6개의 특징을 나타냅니다.
계통측으로의 전기의 역류(역조류)를 방지하는 기능을 내장해, 200V급에서는 최대급의 출력이 되는 25kW를 실현했습니다. 최대급의 출력을 실현함으로써, 도입시에 파워 컨디셔너의 대수를 최소화할 수 있어 설비·시공 비용의 삭감이 가능해집니다.
그림 1은 P3A를 이용한 역조류 방지 기능을 지원하는 태양광 발전 시스템의 구성을 보여준다. 건물내에서 사용하는 소비 전력량을 감시하는 멀티미터로부터 취득한 전력 데이터를 바탕으로, 총 발전량이 공장 부하를 넘지 않도록 부하 추종 연산으로 P3A의 출력을 제어합니다. 제어에는 응답성, 안정성, 제어 정밀도가 요구되고, 복수대(최대 31대) 접속되는 시스템 전체를 제어할 필요가 있습니다. 본 개발에서는 통신 시퀀스와 부하 전력 추종 방식의 최적 설계에 의해 역조류 방지를 실현했습니다.
그림 1 역조류 방지 기능에 대응하는 시스템의 구성
종래 기종 Enewell-SOL P2A(이하 P2A)의 변환 JIS 효율 93.5%를 크게 웃도는 96%를 실현했습니다. P3A에서는 저로스 IGBT, SiC-FET의 채용과 DC 리액터의 철손 저감, AC 리액터의 동손 저감 등 발열 부품의 손실 저감 설계를 쌓아 올려 시스템 효율을 향상시켰습니다. 또한 이러한 자기발열 저감은 부품의 고수명화, 제품의 신뢰성 향상에도 기여합니다.
밀폐(IP55 상당) 및 외부 팬리스 구조를 채용함으로써, 중염해 지역에의 설치에 표준 대응해, 저소음화(47dB 이하)도 달성하고 있습니다. 또한 외부 팬이 없으므로 유지 보수 공수를 줄이고 유지 보수 비용을 줄이는 데 기여합니다.
그림 2 파워 컨디셔너 내부 열 유체 해석
일반적으로 외부 팬리스(자연 공냉)는 외부 팬이 있는(강제 공냉)에 비해 방열 면적을 크게 취해야 하므로 제품 크기의 소형·경량화와는 상반되는 냉각 방식입니다. 거기서, 본 개발에서는, 열유체 해석에 의해, 제품의 내외 기류를 시뮬레이션(그림 2)해, 열의 교반이나 분산을 상세하게 해석하는 것으로, 설계 단계에서 각 부품 온도를 보다 정확하게 예측해, 최적인 냉각 구조의 설계를 실현했습니다.
표 1 기존 모델과의 파워 밀도 비교
이것에 의해 P3A는, 외부 팬리스 구조를 채용하면서, 표 1에 나타내는 바와 같이 종래 기종 P2A(외부 팬 있음·정격 출력 용량비 40%)에 대해, 파워 밀도는 약 1.8배, 질량당의 출력 용량은 약 2.5배로 향상했습니다.
업계 최소/최경량 레벨을 실현함으로써 설치 환경에 의한 제한을 받기 어려운 최소의 시공 비용으로 설치가 가능합니다.
계통에 연결된 전원이 따라야 할 규칙 '그리드 코드'가 각국에서 제정되었습니다. 일본에서는 재생가능에너지 도입 확대에 따라 출력변동 증가에 따른 조정력 부족 등의 우려가 현재화되는 가운데 전력 품질을 확보하고 안정적으로 공급하기 위해 2025년 4월 이후에 적용되는 신요건 「병렬시 허용 주파수의 기술 요건」이 추가되었습니다. 이것은, 계통 주파수가 병렬시 허용 주파수(표준 주파수＋0.1Hz) 이하인 경우에 발전 설비의 병렬(계통 전원에의 접속)을 가능하게 하는 기술 요건입니다. P3A는, 병렬시 허용 주파수 이하인 것을 확인하는 기능을 탑재하고 있어 신요건 적용 후에도 안심하고 계속 이용이 가능합니다.
일본 국내에서 기존의 3상 200V급 전원 공급 장치에서 일반적인 S상 접지에 절연 변압기를 통하지 않고 직접 연결할 수 있으며 변압기에 의한 효율 저하가 발생하지 않으므로 시스템 효율이 향상됩니다. 시스템 구성은 그림 3에 나와 있습니다.
일반적으로 절연 변압기는 누설 전류를 줄이고 누전 차단기의 트립을 억제하기 위해 설치하지만 P3A에서는 다음과 같은 방법을 사용하여 트립을 유발하는 누설 전류 과대 억제를 실현하여 절연 변압기가 필요없는 시스템을 구축했습니다.
이 때문에, 절연 트랜스와 그 시공에 관련된 비용 부담이나, 트랜스 설치 공간의 확보가 불필요하게 됩니다.
그림 3 절연 트랜스리스 자가 소비형 태양광 발전 시스템 구성
새로운 전용 통신 장치인 게이트웨이(Enewell Gateway)와 클라우드(EneLeaf Cloud)를 개발했습니다. 이들은 옵션품으로서 P3A와 연계 가능합니다(그림 4).
이를 통해 스마트폰과 같은 스마트 장치에서 P3A의 원격 모니터링 및 조작이 가능합니다.
또한 온도계나 일사계의 센서 데이터는 P3A가 허브가 되어 데이터를 수집하고, 그 데이터는 게이트웨이 클라우드를 통해 스마트폰 등으로 모니터링(시각화)할 수 있습니다.
P3A는 게이트웨이와 클라우드의 협력을 통해 초기 설정 및 시운전 조정, 운전 및 유지보수 효율성에 기여합니다.
그림 4 P3A와 게이트웨이 클라우드의 연계
그림 5에 125kW 시스템(태양 전지 200kW)의 태양광 발전 시스템을 각사의 파워 컨디셔너로 만드는 경우를 예로 들어 타사 파워 컨디셔너와 P3A를 비교한 시스템 구성(이미지 그림)을 그림 5에 나타냅니다. P3A는 200V급 S상접지를 채용하고 있기 때문에 기존 수전설비에 직접 접속할 수 있어 새롭게 트랜스를 설치할 필요가 없습니다. 트랜스를 필요로 하는 타사 파워 컨디셔너와 비교해 트랜스에 의한 손실 영향이 없고, 설치 스페이스 및 도입 비용이 함께 삭감 가능이라고 하는 우위점이 있습니다.
그림 5 시스템 구성 비교 이미지도(125kW 시스템(태양 전지 200kW)의 경우)
카본 중립을 실현하기 위해 태양광 발전 시스템의 보급을 가속화할 필요가 있다고 생각합니다. 환경성이 내거는, 「2030년도까지 20GW의 도입 목표」를 달성하기 위해, 이번, 200V급으로 업계 최대급이 되는 25kW의 자가 소비 특화형 파워 컨디셔너 Enewell-SOL P3A 25kW를 제품화했습니다. 기본 성능의 향상에 더해 원격 조작을 가능하게 하기 위해, 클라우드나 스마트 디바이스와 제휴시켜, HMI(휴먼 인터페이스)를 충실시켰습니다. 이를 통해 연결 기기의 데이터 수집 및 시각화, 효율적인 초기 설정 및 시운전 조정, 운전 및 유지보수가 가능해졌습니다.
다음 단계로 업데이트 수요를 고려한 모델 사양 및 용량 확장을 확대하여 국내외 고객의 탄소 중립을 향한 노력에 대한 추가 기여를 목표로 합니다.
