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혹서기와 태풍에 대비해야 할 건축물의 태양광 시스템 고장발생 유형과 사례
건물태양광, 전기안전에 각별한 주의 필요

[인더스트리뉴스 이상열 기자] 일 년 중 온도가 가장 높아지는 8월은 높은 복사열 온도와 태풍이라는 2가지 복병을 맞이하게 된다. 특히 건축물 옥상에 설치되는 태양광발전 설비는 복사열 온도와 장맛비로 인해 지붕재와 모듈 사이는 포화습도에 이르기 때문에 전기배선 부분에 합선에 의한 전기 사고가 발생할 확률이 높다.

사진 1. 서울시청사에 설치된 태양광발전 시스템 전경 [사진=에스테코]

최근 태양광 관련 여러 지원사업에 힘입어 건축물 및 산업단지의 건물에 태양광발전 시스템이 많이 건설되는 추세에 있다. 나대지에 설치되는 일반적인 태양광발전 시스템과 달리, 건물에 설치되는 태양광발전 시스템은 최적화된 방위와 경사각도로 설치하기에 어려움이 있으며, 설령 설치하더라도 사후 유지보수에 많은 어려움이 있을 수 있기 때문에 초기 단계부터 이를 감안하여 설계되어야 한다. 특히, 건물의 특성상 태양광발전 시스템은 화재 및 전기안전에 민감하므로 각별한 주의가 필요하다.

다양한 건축물 형태로 인한 태양광발전 시스템 최적 설계의 어려움

건축물에 적용되는 태양광발전 시스템은 효율적인 발전소로의 전기적 성능보다 건축물로의 기능 및 외관 디자인이 우선시 된다. 따라서 건축물 기반으로 설계가 이루어져야 하기 때문에 전기적 성능을 고려한 최적화된 방위와 설치각도로 설치하기가 쉽지 않다(사진 1).

사진 2. 일반적인 산업단지의 공장 지붕에 설치된 루프탑 태양광발전 시스템 시공 사례 [사진=에스테코]

루프탑(Roof-top) 태양광발전 시스템을 설치할 경우(사진 2), 지붕의 마감재와 수평으로 설치되어야 하는데, 이때 경사각도는 10° 내외로 설치되게 된다. 대다수 태양광 모듈 제조사의 제품보증서에 기재되거나 권장하는 최소 설치각도는 10° 이상이며, 이보다 낮은 각도로 설치될 경우에는 태양광 모듈 전면부에 원활한 자가세정(Self-cleaning)이 이루어지지 않기 때문에 모듈 전면(수광부)에 침전 및 물고임으로 인하여 열점현상 (Hot Cell 또는 Hot Spot)이 발생하게 된다(사진 3~4).

사진 3. 수평설치로 인한 태양광 모듈 전면부에 발생한 퇴적과 물고임 현상(왼쪽), 사진 4. 모듈 하단부의 황사(Soiling) 퇴적물에 의한 열점현상 발생사례(오른쪽) [사진=에스테코]

이 같은 현상이 발생하게 되면 지붕재와 태양광 모듈 사이의 낮은 이격거리로 인해 배면환기가 잘 이루어지지 않게 된다. 여름철의 경우, 높은 복사열 온도와 장맛비로 인해 지붕재와 모듈 사이는 포화습도에 가까운 상태이기 때문에 전기배선(압착 부위) 부분에 합선에 의한 전기 사고가 많이 발생하게 된다(사진 5).

또한, 원활한 설비점검 및 유지보수를 위해 필요한 설비점검 통로가 반영되지 않을 경우에는 대형 전기화재사고 발생시 대형화재로 이어지게 된다(사진 6).

사진 5. 지붕재와 전선이 맞닿은 상태로 발생한 DC 전선 부식 사례(왼쪽), 사진 6. 건축물 태양광발전 설비에서 발생한 전기화재 사고 발생현장(오른쪽) [사진=에스테코]

루프탑 태양광발전 시스템 최대 고장유형은 전기 화재

건축물 옥상 부지를 활용한 태양광발전 설비에서 발생하는 주요 고장 유형은 음영에 의한 성능저하(사진 7)와 전기 화재이다. 도심 내 인근 주변 건축물의 다양한 높이로 인한 음영 발생과 건축물 옥상에 존재하는 실외기, 엘리베이터실, 난간벽 등에 의해 발전성능을 저해하는 다양한 음영 요소가 존재하게 된다. 이러한 음영 요소들로 인해 태양광발전 설비들이 장시간 운영될 경우에는 접속반 및 인버터 고장이 자주 발생하게 되며, 심한 경우 전기화재로 이어지게 된다(사진 8~9).

사진 7. 건축물 난간 벽의 음영으로 인한 태양광발전 설비의 성능 저하 장면 [사진=에스테코]
사진 8(왼쪽). 건축물 난간 벽의 음영에 의해 발생한 접속반 화재 사례, 사진 9. 접속반 화재에서 모듈 합선으로 발생한 열점현상 사례 [사진=에스테코]

사진 및 자료제공 : 에스테코 최훈주 대표

[이상열 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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