2023년 9월 29일
탄소 중립을 달성하기 위한 청정에너지로의 전환이 가속화되는 속도로 진행됨에 따라 환경부는 민간 기업 및 지방자치단체가 옥상 및 주차장에 태양광 발전 시스템을 설치하고 건물 내부에서 전기를 소비하는 소위 자가소비형 태양광 발전을 실시하고 있다고 발표했습니다※1도입을 추진해 왔습니다 2030년까지 20GW 도입 목표를 선언했습니다
Enewell-SOL P3A 25kW
또한, 재생에너지 발전차액지원제도(FIT)의 인하, 에너지 가격의 급등, 사업연속성계획(BCP) 및 환경 대책과 같은 문제에 대한 기업의 인식 제고로 인해 자가소비형 태양광 발전 시장은 향후 확대될 것으로 예상됩니다
자체 소비형 태양광 발전에서는 건물 내 전력 소비를 모니터링하고 발전된 전력을 능숙하게 제어하여 전력이 그리드로 역류하는 것을 방지함으로써(전력 역류) 생성된 전력을 최대한 활용하는 것이 중요합니다
그래서 당사는 다년간 쌓아온 전력 변환 기술을 활용하여 자가소비형 태양광 발전 시스템에 이상적인 파워 컨디셔너 Enewell-SOL P3A 25kW(이하 P3A)를 개발하여 기존 제품 라인업에 추가했습니다
2023년 3월 일본 시장에서 판매를 시작했습니다 P3A는 생성된 전력과 CO를 최대한 활용합니다2이러한 감소는 탄소 중립의 조기 실현에 기여할 것입니다
※1 자가소비형 태양광발전이란발전차액지원제도를 사용하여 생산된 전기는 판매되지 않으며 회사 자체 장비에 사용됩니다 전력회사로부터 전기를 구입하는 것에서 스스로 전기를 생산하는 것으로 전환하면 전기요금을 줄일 수 있습니다 특히, 휴무일이 적고 낮에 전기를 많이 사용하는 시설은 생산되는 전기를 최대한 활용할 수 있기 때문에 자가소비형 태양광 발전 시스템을 설치하는 데 특히 적합합니다 (환경부 HP에서)
P3A는 자가소비형 태양광 발전 시스템에 사용하도록 특별히 설계된 기능과 구조를 갖추고 있으며, 생산된 전력을 자가소비용으로 최대한 활용합니다 국내 제조사로서의 노하우를 살려 전원설비, 공장 등의 설치환경을 고려한 설계로 최소한의 설비비와 공사비로 설치가 가능합니다 6가지 기능은 다음과 같습니다
전력망으로의 전력 역류(역류)를 방지하는 기능이 내장되어 있으며, 200V급 최고 출력 25kW를 달성하였습니다 최고 출력을 달성함으로써 설치 시 파워 컨디셔너의 수를 최소화할 수 있어 장비비 및 공사비 절감이 가능합니다
그림 1은 P3A를 사용하고 역류 방지 기능을 지원하는 태양광 발전 시스템의 구성을 보여줍니다 건물에서 사용되는 전력사용량을 모니터링하는 멀티미터에서 얻은 전력 데이터를 바탕으로 P3A의 출력을 부하추종 계산으로 제어하여 총 발전량이 공장 부하를 초과하지 않도록 합니다 제어에는 응답성, 안정성, 제어 정확도가 필요하며, 여러 유닛(최대 31대)에 연결된 전체 시스템을 제어해야 합니다 이번 개발에서는 통신 시퀀스 및 부하 전력 추적 방식을 최적으로 설계하여 역류 방지를 달성했습니다
그림 1 역류 방지 기능과 호환되는 시스템 구성
기존 모델 Enewell-SOL P2A(P2A)의 935%를 훨씬 초과하는 96%의 변환 JIS 효율을 달성했습니다 P3A에서는 저손실 IGBT, SiC-FET 채용 등 발열 부품의 손실 저감 설계와 DC 리액터의 철손, AC 리액터의 동손 저감을 통해 시스템 효율을 향상시켰습니다 또한 이러한 자체 발열 감소로 인해 구성 요소 수명이 길어지고 제품 신뢰성이 향상됩니다
밀폐형(IP55 상당) 및 외부 팬리스 구조를 채택하여 염해 피해가 심한 지역 설치에 표준 호환되며 저소음(47dB 이하)을 실현합니다 또한, 외부 팬이 없기 때문에 유지관리 공수 및 유지관리 비용 절감에 기여합니다
그림 2 파워 컨디셔너 내부 열유동 분석
일반적으로 외부 팬리스(자연 공랭)는 외부 팬(강제 공랭)보다 더 큰 방열 면적이 필요하므로 제품을 더 작고 가볍게 만들겠다는 생각과 모순되는 냉각 방식입니다 따라서 이번 개발에서는 열유체 해석을 이용하여 제품 내부와 외부의 공기 흐름을 시뮬레이션하였고(그림 2), 열의 교반 및 분산을 상세하게 분석함으로써 설계 단계에서 각 구성 요소의 온도를 보다 정확하게 예측하고 최적의 냉각 구조를 설계할 수 있었습니다
표 1 기존 모델과의 전력 밀도 비교
결과적으로 P3A는 외부 팬리스 구조를 채택했지만 표 1에서 볼 수 있듯이 기존 모델인 P2A(외부 팬 포함, 정격 출력 용량 비율 40%)에 비해 전력 밀도는 약 18배, 질량당 출력 용량은 약 25배 향상되었습니다
업계 최소형, 최경량화를 실현하여 설치 환경의 제약을 덜 받고 최소한의 공사비로 설치할 수 있습니다
각 국가에서는 그리드에 연결된 전원 공급 장치가 따라야 하는 '그리드 코드''라는 규칙을 제정했습니다 일본에서는 신재생에너지 도입이 확대되면서 출력 변동폭 증가에 따른 조정전력 부족의 위험성이 명백해지고 있다 전력 품질과 안정적인 공급을 보장하기 위해 2025년 4월부터 적용되는 '병렬 허용 주파수에 대한 기술 요구사항'이 새로 추가됐다 이는 그리드 주파수가 허용 병렬 주파수(표준 주파수+01Hz) 이하인 경우 발전 설비를 병렬(그리드 전원 공급 장치에 연결)할 수 있도록 하는 기술 요구 사항이다 P3A에는 병렬 주파수가 허용 주파수 이하인지 확인하는 기능이 탑재되어 있어 새로운 요구 사항이 적용된 후에도 안심하고 사용할 수 있습니다
기존 일본의 3상 200V급 전원공급장치에서 흔히 볼 수 있는 S상 접지에 절연 변압기를 사용하지 않고 직접 연결할 수 있어 변압기로 인한 효율 손실이 없어 시스템 효율이 향상됩니다 그림 3은 시스템 구성을 보여줍니다
일반적으로 누설전류를 줄이고 누전차단기의 트립을 방지하기 위해 절연변압기를 설치하는데, P3A에서는 트립을 유발할 수 있는 과도한 누설전류를 억제하기 위해 다음과 같은 방법을 사용하여 절연변압기가 필요하지 않은 시스템을 구축하였습니다
이것은 절연 변압기 및 그 구성과 관련된 비용을 부담할 필요가 없고 변압기 설치를 위한 공간을 확보할 필요가 없습니다
그림 3 절연 변압기 없는 자가소비형 태양광 발전 시스템 구성
우리는 새로운 전용 통신 장치인 게이트웨이(Enewell Gateway)와 클라우드(EneLeaf Cloud)를 개발했습니다 이는 선택 항목으로 P3A와 연결될 수 있습니다(그림 4)
이를 통해 스마트폰과 같은 스마트 기기에서 P3A를 원격으로 모니터링하고 작동할 수 있습니다
또한 P3A는 허브 역할을 하며 온도계, 일사계에서 센서 데이터를 수집하며, 이 데이터는 게이트웨이 클라우드를 통해 스마트폰 등을 사용하여 모니터링(시각화)할 수 있습니다
P3A는 게이트웨이와 클라우드를 연결하여 초기 설정, 시운전 조정, 운영 및 유지 관리의 효율성에 기여합니다
그림 4 P3A 및 게이트웨이 클라우드 협력
그림 5는 P3A를 타사 파워 컨디셔너와 비교한 시스템 구성(이미지 다이어그램)을 보여주며, 각 사의 파워 컨디셔너를 사용하여 태양광 발전 시스템을 구축하기 위해 125kW 시스템(200kW 태양전지)을 사용하는 경우를 예로 들어 설명합니다 P3A는 200V급 S상 접지를 사용하므로 기존 수전 장비에 직접 연결할 수 있어 새로운 변압기를 설치할 필요가 없습니다 본 제품은 변압기가 필요한 타사 파워 컨디셔너에 비해 변압기로 인한 손실이 없으며, 설치 공간과 설치 비용을 모두 절감할 수 있는 장점이 있습니다
그림 5 시스템 구성 비교 이미지 다이어그램(125kW 시스템(태양전지 200kW))
우리는 탄소 중립을 달성하기 위해서는 태양광 발전 시스템의 확산을 가속화하는 것이 필요하다고 믿습니다 환경부의 '2030년까지 20GW 도입 목표'를 달성하기 위해 업계 최대 규모인 25kW 자급형 파워컨디셔너 Enewell-SOL P3A 25kW를 상용화했습니다 기본 성능 향상은 물론, HMI(휴먼 인터페이스)를 클라우드, 스마트기기와 연동해 원격제어가 가능하도록 강화했다 이를 통해 연결된 장치의 데이터 수집 및 시각화는 물론 효율적인 초기 설정, 시운전 조정, 작동 및 유지 관리가 가능해집니다
다음 단계로는 교체 수요를 예상하여 모델 사양 및 용량을 확대하고, 국내외 고객의 탄소 중립 노력에 더욱 기여하는 것을 목표로 하겠습니다
