[인더스트리뉴스 이건오 기자] 상업용 태양광 발전소와 대용량 태양광 발전소는 기본적으로 두 가지 유형의 인버터를 사용할 수 있다. 센트럴 인버터와 스트링 인버터가 그것이다. 센트럴 인버터를 사용하면 모든 스트링이 중앙에 위치해 인버터에 연결된다. 스트링 인버터의 경우에는 인버터가 통상적으로 연결되는 스트링에 가깝게 탈중심화 된 형태로 위치한다. 

과거 수년동안 탈중심화 된 스트링 인버터 개념이 ‘멀티 스트링’ 인버터에 맞게 진화했다. 스트링 인버터는 이제 최대 정격 전력 100kW까지 되며 수개의 스트링을 갖는다. 센트럴 인버터와 비교하면 스트링 인버터는 두드러진 장점을 여전히 보유한다. 즉, 무게가 가볍고 한두 사람만으로도 설치가 가능하다는 장점이 있다.

분산형으로 설치된 REFU 인버터 [사진=REFU]

고장이 나는 경우, 스트링 인버터는 손쉽게 교체가 가능하다. 유지관리가 통상적으로 불필요하며 혹여 필요하더라도 팬이나 각각의 필터에 국한되는데 이는 고가의 유지관리비가 드는 센트럴 인버터와 대조되는 지점이다.

스트링 인버터 발전소의 다른 설치 개념
다른 설치 개념들을 차별적으로 설명하면, 우선 분산형 설치 설계는 인버터가 스트링에 직접 위치해 순수한 성형 구성으로 연결될 때 사용되는 개념이다. 집단형 설치 설계는 2~10개의 인버터 그룹을 스트링에 가까운 한 위치에 연결해 설치하는 개념이다. 중앙집중식 설치는 발전소의 모든 스트링 인버터가 단일한 하나의 위치에 자리하는 구조다. 이는 센트럴 인버터 설치와 비교할 만하다. 후자의 두 유형은 주로 탈중심화 된 발전소 설계에서 일반적으로 고가의 비용이 드는 AC 하위 시스템의 비용을 줄이기 위한 목적으로 발전한 형태이다. 

각기 다른 설치 개념의 장점에 대한 이해
스트링 인버터는 이미 센트럴 인버터에 비해 여러 가지 장점이 입증됐다. 스트링 인버터 발전소의 설계를 최적화하기 위해 수년간 고효율, 고신뢰도 스트링 인버터 기술 발전에 매진해 온 REFU(REFU Elektronik)는 다수의 연구를 진행했고 괄목할 만한 성과도 얻었다.

그림 1에 정리된 계산을 통해 몇 가지 유형의 발전소 규모와 형태를 분석했다. Cu, AL 케이블을 고려대상으로 삼았고, 재료사양서(BOM)를 CAD 기반 BlueSol 시뮬레이션 소프트웨어로 계산했으며 전기적 기계적 설치에 드는 인건비를 예측했다. 계산은 약 120%의 DC/AC 비율이 사용된다는 가정 하에 진행됐고 모든 케이블 연결에 대한 전압 강하가 1.5%, 2.0%에 설정되며, AL 케이블은 가정용으로 계산된다는 가정 하에 진행됐다.

계산에 따르면, 스트링 인버터 발전소에서 상당한 잠재적 절감 효과를 얻을 수 있는 때는 변압기에 가까운 모든 스트링 인버터를 함께 일렬로 설치하는 중앙집중식 설치 개념을 사용할 때다. 혹은, 공공 그리드에 연결되는 지점에 설치할 때다.

이 때는 DC 케이블을 사용하고 AC 케이블은 줄이는 방식으로 가야 한다. 이 개념은 집단 설치 개념에 비해 EUR 0.007/W까지 CAPEX를 줄일 수 있고 분산형 설치 개념에 비해서는 훨씬 더 많은 절감 효과가 있다. 이 잠재적인 절감 효과는 1,500VDC를 사용함으로써 얻을 수 있는 절감 효과와 견줄만하다.

추가적인 연구 결과로는 설치비용이 폭발적으로 늘어나는 것은 2,500kW 이상 규모의 발전소일 때이며 직사각형 모양의 발전소가 정사각형 모양의 설계에 비해 설치비용이 상당히 더 늘어난다는 점이다.

중앙집중식 설치 개념이 CAPEX와 관련해 분산형 설치 개념이나 집단 설치 개념에 비해 우월하다는 점을 이해하면 누구든 우선적으로 센트럴 인버터를 사용하고자 할 것이다. 그러나 여기에서 고려해야 할 점은 스트링 인버터는 설치의 용이성이라든가 유지관리 비용의 감소 등과 같이 센트럴 인버터에 비해 여러 장점이 있다는 사실이다.

뿐만 아니라 스트링 인버터는 사업 계획을 위협할 위험이 줄어들고 보수에 걸리는 평균 시간이 짧고 고장이 났을 경우 손쉽게 교체 가능하기 때문에 남다른 장점을 갖고 있다. 높은 전력 생산과 유연성은 예컨대 단일하지 않은 모양의 지형에서 모듈 설계에 의해 얻을 수 있다. 수명주기 동안 모듈 성능 저하의 차이가 늘어나는 문제는 다른 인버터에서 태양광 모듈의 재구성을 통해 완화될 수 있다. 

스트링 인버터 발전소 설계 최적화 실행에 옮기기
REFU는 연구를 통해 제시된 통찰을 바탕으로 고객들이 권고내용을 실행에 옮기는 것을 지원한다. 태양광 발전소를 가장 효율적으로 설계하기 위해 제시된 몇 가지 방법이 여기에 있다.

기존의 REFUsol 스트링 인버터는 전력 등급이 13kW에서 20~40kW까지이며, 발전소 및 설치 설계와 관련해 자연 대류 냉각, 완벽한 탄력성 덕분에 가능해진 최고의 효율성, 손쉬운 설치, 유지관리비 감소가 가능한 검증된 기기를 고객에게 제공한다. 

뿐만 아니라 REFU는 이제 그리드 전압에 따라 83~100kW까지 전력 등급 범위를 갖는 신제품 ‘REFUsol 100K’ 인버터를 도입한다. 이 신제품 기기는 커넥션박스(ConnectionBox)와 파워유닛(PowerUnit)으로 구성된 두 부분의 설계 덕분에 엄청난 장점이 입증된다. 두 부분은 각기 따로 배송할 수도 있다.

따라서 고객의 투자를 최적화하기 위해 파워유닛만 먼저 설치한 다음에 커넥션박스를 나중에 설치해 완벽하게 선으로 연결하는 방식도 충분히 가능하다. 여유가 있는 커넥션박스는 광범위한 설계 혹은 중앙집중식 설계에 맞게 직접적인 선 연결로 이용할 수 있고, 발전소 설계에는 최고의 탄력성을 제공하기 위해 단일한 DC 입력으로 할 수도 있다.

마지막으로 REFU는 진행한 연구 결과에 기초해 새로운 솔루션을 개발했는데 컨테이너로 수송되는 스트링 인버터 솔루션인 REFUcube가 그것이다. REFUcube는 ISO 컨테이너에서 컨테이너로 수송 가능한 최초의 스트링 인버터 솔루션이다.

1~3MVA까지 각기 다른 전력 등급으로 이용 가능하며 20피트 혹은 40피트 컨테이너에도 들어간다. 이보다 높은 전력 등급이 현재 도입 계획 중에 있다. 여기에는 MV/LV 변압기, MV 개폐기, LV 배전반, DC 접합부 패널, 보조 전송, 보조 배전반, 그리드 보호 계전기가 포함된다. 

모든 부품은 DC, AC, 데이터통신 등 미리 유선으로 연결돼 최적의 호환성과 설치 용이성을 위해 테스트를 거친다. 가벼운 중량과 소형 디자인 덕분에 태양광 발전소 위치에 쉽고 간편하게 운송 가능하다. 설치 속도는 위에서 말한 장점에 추가되는 장점이며, 극한의 환경 조건에서도 빠르고 신속하게 위험 없이 설치가 가능하다.

한편, 중앙집중식 개념에서 스트링 인버터의 사용은 문제가 있는 경우 손쉬운 교체가 가능하다는 장점이 있고 다른 한편으로는 나머지 인버터의 지속적인 작동이 보장된다는 장점이 있다. 따라서 전반적인 시스템 이용 가능성은 100%에 가깝다. 뿐만 아니라 REFUcube의 디자인과 손쉬운 설치는 여러 비용절감 효과를 제공한다. 케이블 선의 절감, 최소화된 설치 인건비, 전반적인 비용 절감 효과가 그것이다.  

[자료제공 : REFU]

[이건오 기자 (editor@infothe.com)]

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