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[칼럼] O&M 사업 효율성 확보 불투명… ‘미스매칭’ 제어 집중해야
모듈·인버터 등 기기별 조합 체계 복잡, 결함 요소별 성능진단 제안

[글 에스테코 최훈주 대표] 최근 국내 태양광 시장의 화두는 최상의 발전소 상태를 어떻게 유지하느냐로 좁혀진다. 태양광발전소는 건설 이후 평균 20~25년간 운영되는 장기 투자 사업이라는 점에서 당장의 높은 수익을 장담할 수 없다.

O&M은 이러한 태양광 발전 사업의 효율성과 지속성을 위한 중요 요소다. 발전량을 저해하는 요소를 사전에 파악하거나 고장 등 문제가 발생할 경우 빠른 대응으로 발전량 손실을 최소화할 수 있다.    

전력거래소의 전력통계정보시스템에 따르면 2022년 8월 말 기준 국내 누적 태양광 발전설비 용량은 2만334MW다. 전국에 약 11만 개소의 발전사업용 태양광발전소가 분포돼 있다. 가장 많은 태양광발전소를 보유한 상위 3개 지역은 전북(2만6,121개소), 전남(1만6,510개소), 경북(1만5,548개소)이며 하위 3곳은 세종(330개소), 울산(437개소), 대전(450개소)이다.

개소수로는 전북이 제일 많지만 태양광 발전설비 누적 설치용량은 전남(4,420MW)이 가장 크다.

국내 태양광 O&M 시장의 규모는 2022년 기준 약 3,507억원으로 추산된다. 꾸준한 성장세를 타고 2029년엔 1조1,700억원까지 증가할 것으로 전망된다. 다만 ICT와의 접목을 통한 디지털 O&M 기술의 발전은 결국 O&M의 비용을 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있다. 향후 글로벌 O&M 시장이 감소세로 돌아설 게 예상되는 부분이다. 

국내 태양광 Q&M 시장규모 전망(단위 MW, 달러, 억원) [자료=에스테코]

태양광발전을 구성하는 주요 설비인 모듈과 인버터는 종류가 매우 다양하다. 그만큼 특성이 다른 기기들의 조합으로 구성된 전력 체계다. 따라서 전압, 전류, 저항의 미스매칭(Mis-Matching)에서 유발되는 손실을 어떻게 줄이느냐가 유지관리의 중요한 수단이 된다. 

태양광발전소에 사용되는 설비들은 사용 횟수가 늘고 시간이 경과할수록 성능이 저하되거나 재질 및 구성부품이 점차 열화(劣化)된다. 열화되는 정도는 사용조건, 입지환경, 운영관리 및 정비기술 등에 따라 달라진다. 적절한 인터버 선정 등 알맞은 설계 변경을 통해 발전소를 운영하는 것이 필수다.

국내의 유지보수 서비스는 사업주와 유지보수 전문회사 간 발전시간 또는 발전량 보증 계약을 통해 운영되는 게 일반적이다. 유지관리 최적화를 통해 발전량이 상승했다면 수익을 나누는 방식도 쓰인다. 이는 설비 점검, 발전량 관리, 모니터링 등 서비스 항목 별로 계약을 체결하는 미국, 유럽 등과 다르다.

태양광발전소 미스매칭에 따른 손실은 해외보다 많다. 이는 인버터 등 주요 전력기기의 열화를 유발하고 수명을 떨어뜨리며 설비의 결함이라는 악순환으로 이어진다. 악순환이 반복되면 설비교체 등 일반적인 정비로는 원인 분석이 어려워진다. 잦은 설비 교체에 따른 비용적 리스크도 크다.  

인버터 등 전력기기 ‘열화’ 현상 심화 

20년 이상 운영된 태양광발전소에 대한 해외 연구보고서를 보면 △DC 계통의 연결 커넥터 △모듈의 정션박스 △정션박스 내 바이패스 다이오드 등의 고장 사례가 많아지고 있다.  

초창기 국내 태양광 시장에는 국내산 모듈의 공급 비중이 매우 적었다. 해외 저가 모델이 확산하면서 발전 성능 저하 등 제품불량으로 인한 피해도 적잖았다. 스트링과 어레이, 다이오드, 퓨즈, PCS(Power Conditioning System)뿐만 아니라 설계 및 시공 결함 등 문제는 총체적으로 나오고 있다. 

태양광 모듈단위 전력기기를 활용한 실시간 상태기반 정비(CBM)의 예 [자료=에스테코]

최근엔 MW급 이상의 대용량 태양광발전소 건설 등 단일 설비용량이 증가하면서 태양광 스트링 또는 어레이의 직병렬 구성에 따른 미스매칭 손실이 커지고 있다. 국내의 태양광발전소 정비기술은 사후정비(CM, Corrective Maintenanc)에 초점이 맞춰져 있지만 최근 연구 트렌드는 다르다.

발전소 설비가 고장 나지 않게 하는 ‘예방정비(PM, Preventive Maintenance)’, 사전 예측해 정비하는 ‘예측정비(PdM, Predictive Maintenance)’, 설비의 상태를 감시해 사전에 알려주는 ‘상태보전(CBM, Condition Based Maintenance)’ 등 관련 연구가 활발하다. 

예측정비의 경우 설비의 가동 중 또는 정지 중에 설비의 운전상태 및 성능이 설계 범위 내에서 유지되도록 하는 것이 관건이다. 이를 위해선 체계적인 설비이력관리와 해당 발전설비에 대한 정기적인 성능진단이 필요하다.

에스테코 태양광 성능진단 및 문제 해결유형 [자료=에스테코]

O&M 전문성 부족… 에너지혁신기업 육성 필요 

예측 기반의 모니터링은 시스템 유지보수의 차원에서 필수 조건이다. ‘재생에너지 발전량 예측제도’의 도입은 실시간 상태 기반 정비의 필요성을 더욱 부각시킨다. 설비의 중요성, 열화 상황, 고장발생 가능성, 정비대책 비용 등을 통합적으로 고려한 O&M이 이뤄져야 한다. 

에스테코 최훈주 대표

언급했듯 국내 태양광 O&M 시장은 당분간 크게 성장할 것으로 예상된다. 태양광설비의 누적 설치량이 많아진 상황에서 육안으로 일일이 확인하는 것은 불가능에 가깝다. 제품군별 제조사도 각기 다르다. 태양광발전소 운영에 있어 지속가능성 확보를 위한 새로운 노력이 시급하다. 

O&M에 대한 표준제정 및 인증제도의 확립과 더불어 O&M 전문 국내 에너지혁신기업의 육성이 필요할 것이다. 

최근에는 ICT 등 데이터 기술 고도화를 통한 설비검사 및 성능진단 서비스에 대한 시장의 요구가 증가하고 있다.

에스테코는 IEC 국제기술기준 기반의 발전데이터 분석 및 기본·정밀진단 등으로 고객에게 태양광발전소 운영 관련 개선점을 제공하고 있다. 결함 요소별 성능진단을 통해 발전 성능을 향상시킬 대안을 제시한다. 

정밀 성능진단은 일반 O&M외에 추가 비용이 소요되는 영역이다. 따라서 전문기업과 상담을 통해 기대수치를 파악한 후 진행할 것을 권한다. 

 

[인더스트리뉴스 (news@industrynews.co.kr)]

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