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[칼럼] 저비용 시대! 태양광발전소, 이제는 유지관리가 관건이다
- 발전량 향상, 고장예방 등 수익률 향상 지원 - 사전예방 위한 유지보수자와의 목표관리제 계약 필요

[인더스트리뉴스 이상열 편집인] 국내 태양광발전설비는 이미 10GW 시장을 넘어선지 오래되었고, 최근에는 REC 가격의 하락으로 인해 수익률은 매년 해가 갈수록 떨어지고 있다. 이러한 가운데 발전량 증대는 수익률 향상의 중요한 관건이 되고 있으며, 이로 인해 태양광발전설비의 유지보수시장은 연간 수 천 억대를 넘어서고 있다. 최근 태양광발전설비의 유지보수 부문에서 발전량 저하를 탐색하는 방법과 원인을 파악하고 조치를 취하는 것이 매우 중요한 화두가 되고 있다.

태양광발전소의 수익률 향상을 위해서는 발전설비의 유지보수 부문에서 발전량 저하를 탐색하는 방법과 원인을 파악하고 조치를 취하는 것이 매우 중요하다. [사진=istock]

최근 태양광 발전량 저하 탐색방법 및 원인파악과 조치가 중요한 화두

발전량의 저하 탐색을 위하여 정격출력 정격전류 10A 기준 접속함 별로 실측하거나 인버터별로 웹모니터링 입력전류의 평균값을 계산한다. 평균값에서 1개 어레이, 또는 접속함별, 인버터별 평균 전류값을 산출하며 인버터간, 접속함간, 모듈간 (실측)치를 비교하여 표준편차에서 오차 범위를 벗어난 어레이나 접속함 또는 인버터 기기를 특정한다. 아울러 특정 기기의 대상을 설정한 후, 현장에서 해당 기기를 점검해서 오차의 발생원인을 분석한다.

웹모니터링의 발전량과 전력거래소 모뎀간 발전량을 시간별, 일자별로 발전량을 비교하여 오차범위를 계산하고 발전량 오차에 대한 선로, 또는 기기간 구간별 분리 오차가 발생하는 기기 또는 선로를 추적하여 해당 발전소의 오차 범위를 상쇄하는 보정계수 관리, 보정계수 적용 입력에 대한 출력값 비교, 주기적으로 보정계수를 업데이트하여 계산된 보정계수를 벗어난 발전소와 기기, 선로 등을 점검한다.

발전소의 일부 모듈을 특정 개수해서 샘플링하고, 일사량을 조사할 수 있는 연구소나 업체를 활용해서 모듈의 효율을 측정관리하여 계산된 효율에서 벗어난 구역이나 모듈 등을 점검한다. 또한, 접속함 역저지 다이오드와 간선 단자의 조임 불량, 커넥터의 접촉, 인버터 선로의 단자대, 기타 선로와 기기의 단자대 등과 같은 부분에서 열이 발생하는 지열 화상카메라나 기타 적외선 카메라 등과 같이 온도를 측정할 수 있는 설비를 활용하여 주기적으로 설비를 모니터링하고 관리하여 전기에너지의 손실이 발생하는 개소를 탐색한다.

태양광 모듈을 25℃로 기준해서 1℃ 상승 시에는 0.4%의 효율저하가 발생하는 것 외에도 음영에 의한 셀의 전압 저하 등과 같이 주변 환경에 의한 모듈의 저하가 발생하거나 잡초나 갈대, 기타 오염에 의한 태양광 모듈의 효율 저하 등이 발생할 수 있다. 이같은 영향을 주는 발전소의 주변시설이나 방해물을 탐색하고, 계측기나 웹모니터링 발전 데이터를 활용해서 환경요인을 탐색한다.

기상청의 지역날씨 데이터를 활용하여, 지역에 따른 일별 일사량, 기온, 강수량, 적설량, 풍속, 습도, 전운량 등이 태양광 발전에 미치는 영향을 추정, 비교하여 해당 지역의 발전소와 비교 오차에 대한 원인을 분석한다. 또한 일사량에 따른 보정계수를 계산하고 관리함으로써 일사량 대비 전체 발전소의 출력을 특정해서 보정계수를 벗어난 범위에 대해서는 발전소를 비교 관리함으로써 탐색한다.

태양광 모듈의 효율 저하 원인은 주변 발전소의 환경이나 모듈 구성에서 비롯

대기 발전량의 저하 원인에 대해 살펴보면, 다음과 같다.

태양광 모듈의 효율 저하 원인으로는 태양의 일사량 에너지 감소와 온도, 습도 등과 같이 주변 발전소의 영향을 받거나 모듈 구성 재료의 PID 미방지 처리(강화유리, 에바 시트, 충전 재료 등)나 발전 시 재료 특성에 따른 전기적 이온화 영향으로 인해 물과 염분, 공기, 금속물 등에 영향을 받는다.

또한, 고전압 유기에 따른 주변 전하를 당기거나 결합하여 제품 자체의 특성이 변화하거나 모듈 내의 바이패스 다이오드 소손, 셀 열화에 따른 핫스팟으로 인한 효율 저하, 주변 구조물 또는 나무와 풀 등과 같이 음영과 모듈의 표면 오염물에 의한 효율 저하 등이 원인이 되기도 한다.

게다가 모듈간 리드선의 커넥터 접촉불량과 이온화 경향 등을 고려하지 않는 케이블의 선정 등으로 경년 변화에 따른 도선의 전식, 접속반 내 역저지 다이오드에 의한 열 손실, 태양광 모듈의 회로 지락에 의한 누설 전류 중첩으로 인한 인접 모듈의 간섭으로 인한 발전 효율의 저하 등과 같은 원인들이 있다.

송배전설비에 의한 효율 저하 원인으로는 ACB, VCB 등 교류 전력 계통의 퓨즈 결상 운전과 승압용 변압기 구성 시에 델타 결선으로 1상이 결상되어도 V 결선 운전이 가능하여 퓨즈의 외관 점검 외에도 관련 보호 계전기의 표시값을 미인지해서 운전 시의 발전 효율의 손실이 발생하거나 계통 내 이상 전압 유입 등으로 인한 선로의 지락과 낙뢰, 기기의 소손과 차단기 차단ㆍ투입 등과 같은 기타 조작으로 인한 선로와 기기 등의 이상 전압 유입 또는 발생 등으로 인한 발전 설비의 스트레스 증가 등으로 인한 설비의 소손 등이 있다.

이외에도 인버터와 PCS 전력변환 스위치의 특성에 따른 변압기의 고조파 유입으로 인한 철손, 전력변환장치에 따른 연관 계통 내의 고조파 유입 등으로 와류손, 철손 등으로 변압기의 효율 저하 또는 변압기 열 증가로 인한 손실 등도 있다.

태양광 발전출력 높이기 위해서는 조기 원인파악과 대처가 중요

태양광의 발전출력을 높이기 위해서는 이러한 문제점들을 조기에 파악하고 개선해야 한다. 각 설비의 원인에 따라 세부적으로 조치 방법 등이 있을 수 있지만, 가장 중요한 운영과 예방 방법은 현재 제공되어 있는 모니터링 시스템 내의 계측 데이터와 알람 경보 등에 대한 철저한 연구와 축적된 경험을 바탕으로 정상적인 설비와 문제가 있는 설비를 감지할 수 있는 경험이 필요하다. 발생 원인에 대한 조치 방법은 단편적이고, 임시적인 방법이 될 수도 있으며, 신재생설비에서는 통신, 전기, 제어, 소프트웨어, 보호계전기 등 전기, 전자, 제어, 통신 등이 결합하여 특정 원인이 개별적인 설비에만 영향을 미치는 것이 아니라, 복합적인 요소로 작용하여 설비 전체에 영향을 줄 수 있다는 사실을 주지해야 한다.

또한, 운영자가 보고 싶은 부분만 본다면 설비에서의 이벤트만 보이기 때문에 근본적인 원인을 해결하지 못하게 된다. 따라서 지속적인 운영자 교육과 노하우 축적, 숙련된 경험자를 지속적으로 육성해야만 장기적인 측면에서 신재생에너지 발전설비의 운영으로 인한 발전손실 등을 줄일 수가 있다.

문제는 이러한 문제들을 적기에 개선하는 것도 중요하지만 예방하는 것이 더더욱 중요하다. 대부문의 발전소들이 월 비용과 수선비를 따로 계약하는 방식을 취하고 있는데, 이 같은 유지보수 계약체계에서는 예방보다는 고장이 발생해야만 고쳐주는 시스템이기 때문에 예방정비는 실제로 요원한 것이 사실이다. 만약, 출력 목표관리제를 도입하게 되면 유지보수 기업들이 앞장서서 예방정비를 하게 될 것이다. 실제로, 대규모 발전소를 관리하는 금융권에서는 이미 목표관리제를 시행하고 있다. 과거에는 목표에 미달하게 되면 벌칙이 있었지만, 요즈음은 목표를 초과해서 달성하게 되면 인센티브도 있기 때문에 사업자와 유지보수자가 서로 윈윈하는 체계로 바뀌고 있다. 목표관리제가 아닌 유지보수계약을 체결한 발전소의 사업주는 유지보수 업체가 놓치는 부분까지 탐색해야 하므로 반 기술자가 되어야 한다. 왜냐하면, 유지보수자의 능력이나 관심에 따라 유지보수 결과는 현저히 달라지기 때문이다.

[이상열 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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