[인더스트리뉴스 이상열 편집인] 2023년 독일 뮌헨에서 개최된 인터솔라 유럽 전시회에서 화웨이의 대용량 스트링 인버터(SUN2000-330KTL)이 당해 년도 기술혁신 및 획기적인 솔루션으로 선정되어 ‘인터솔라 어워드(Intersolar Award)’의 최종 수상의 영예를 차지했다. 그동안 화웨이의 지속적인 혁신과 최고 품질에 대한 집념, 그리고 2015년부터 글로벌 태양광 인버터 시장의 점유율 1위를 유지하며 쌓아온 제품 노하우를 담아낸 것이 수상이라는 성과로 이어진 것이다. 이번 호에는 전세계 태양광 산업의 국제적인 관심과 제품의 성능 및 안전성 등을 인정받은 화웨이의 말 그대로 차세대 스마트 태양광 인버터인 SUN2000-330KTL에 대해 소개한다. ·

최근 화웨이가 출시한 SUN2000-330KTL-H1 [사진=화웨이]

화웨이, 태양광 인버터 업계에 스마트화와 지능화 구현

태양광 인버터는 태양광 발전 시스템에서 ‘두뇌’와 같은 역할을 하는 핵심 장비이다. 그 이유는 높은 효율을 유지하면서 유지보수도 간편해야 할 뿐만 아니라 각종 제어기술이 적용되고 있기 때문이다. 스트링 인버터의 ‘명가’인 화웨이가 최근 330kW 대용량 스트링 인버터를 출시했다. 이번에 화웨이가 출시한 SUN2000-330KTL-H1은 단순히 인버터의 출력을 올린 것이 아닌, 최신의 기술 트렌드를 적용했다는 점에서 그 의의가 크다고 하겠다. 태양광 인버터 시장을 선도하기 위해 화웨이가 선보인 기술 트렌드를 살펴보면 다음과 같다.

SSLD, SCLD 기술로 DC측 안전성 강화

화웨이가 시장에 출하한 300GW의 화웨이 인버터 운용기록을 화웨이 인버터 운용기록을 분석한 결과, 인버터 고장의 약 74%는 DC측에서 유발된 것으로 나타났다. 대표적인 DC 고장의 원인으로는 DC 케이블 접촉불량, 지락, 절연불량, 작업 실수로 인한 + - 오결선, 내부단락 등을 들 수 있다. 이로 인해 화재가 발생하고 인버터의 내부 소손이 발생할 수 있지만, 기존의 인버터들은 DC측의 적절한 보호장치가 없었던 것이 현실이었다. 이에 대응하기 위해 화웨이는 SSLD(Smart String-Level Disconnector) 및 SCLD(Smart Connector Temperature Detector) 기능을 선보였다.

SSLD의 개념도 [자료=화웨이]

SSLD(Smart String-Level Disconnector)는 자동 차단 스위치이다(그림 1). 인버터 컨트롤 보드에서 DC 입력 전압 및 전류를 실시간으로 감지해서 이상 신호가 감지되면, 스위치에 트립 신호를 주게 된다. 이상 신호가 발생할 시에는 0.25초(내부 단락 0.016초) 안에 인버터는 DC를 차단해서 고장의 확산을 막는 것이다. 화웨이는 업계 최초로 SSLD에 대해 CB 인증을 취득하여 그 신뢰성을 증명했다 (IEC 60947-2).

SCLD(Smart Connector Temperature Detector)는 인버터와 연결된 DC 커넥터 온도를 센싱해서 이상을 감지하게 되면 스트링에서 분리하는 기능이다. DC 커넥터가 느슨하게 연결되거나, 휘거나, 외부 물질로 오염되어 접촉불량이 생기면 열이 발생하게 된다. 특히 아크가 생기게 되면 화재로 이어질 수 있다. 하지만 지금까지 출시된 태양광 인버터에는 자체적으로 DC 커넥터측의 발열을 감지하거나 화재로의 확산을 방지하는 기능이 없었다. 따라서 열화상 카메라를 사용하거나(그림 2), DC 커넥터가 소손된 이후에야 비로서 문제가 있었음을 알 수 있었다(그림 3).

화웨이는 이 같은 문제점들을 해결하고자 온도센서가 내장된 DC 커넥터 일체형 PCB(그림 4)를 SUN2000-330KTL-H1에 적용했다. 온도 센서에서 실시간으로 커넥터의 온도 변화를 감지하고, 이상이 발견되면 해당 스트링만 분리해서 사고발생을 사전에 차단하는 것이다.

열화상 카메라로 발열 발견 [사진=화웨이]

SSCF, O&M 편의성 강화

20년 이상의 긴 운영주기를 갖는 태양광 발전에서 OPEX를 줄이는 것은 매우 중요하다. 따라서 대용량 인버터에서 팬은 그동안 O&M의 핵심 포인트였다. 시간이 지날수록 팬의 공기 흡입부에 먼지가 쌓여 인버터의 냉각에 방해가 되기 때문에 주기적으로 인력을 동원한 팬의 유지 보수가 필수적이었다.

PCB 일체형 DC 커넥터 [사진=화웨이]

이에 화웨이는 팬이 자동으로 먼지를 털어내는 SSCF(Smart Self-Cleaning Fan) 기능을 SUN2000-330KTL-H1에 적용했다. 작동 원리는 매우 간단하다. 냉각팬이 반대로 회전하며 공기 흡입부에 쌓인 이물질을 털어내는 것이다(그림 5). SSCF 기능으로 O&M 비용이 획기적으로 줄어들고, 인버터 냉각효과를 꾸준하게 유지함으로써 더 많은 발전량을 확보할 수 있게 된 것이다. 그림 6은 SSCF 기능의 구현으로 인한 냉각팬의 작동 이전과 작동 이후의 먼지 등 이물질 제거 상태를 나타낸 것이다.

냉각팬은 IP68의 방수·방진 등급을 획득해서 높은 신뢰성을 보장하고 있다. 팬 뿐만 아니라 인버터 자체도 IP66 방수·방진 등급과 내부식성 등급은 최고등급인 C5-M 등급을 만족하고 있다. 외부 환경으로부터의 높은 수준의 전기적, 물리적 보호가 가능하여 어떠한 환경에서도 안정적으로 발전할 수 있게 된 것이다. 더하여, SUN2000-330KTL-H1 은 전체 BOS 비용 절감을 위해 DC 1500V 를 기본으로 설계되었으며, LCOE 를 고려하여 LVRT,FRT 기능과 함께, 나아가 출력제어 기능, 원격 On/Off 기능의 구현이 가능하며, 자가소비용 시장에 필수적인 Zero Export 기능 또한 보유하고 있다.

SSCF의 작동원리 [사진=화웨이]

자체 트래커 알고리즘 내장

화웨이의 SUN2000-330KTL-H1과 트래커를 연동하게 되면 인버터에 내장된 자체 알고리즘으로 최적의 모듈 경사각을 찾아내게 된다. 단순히 설정된 각도로 움직이는 것이 아니라 날씨에 따라, 설치된 지형에서 최대 발전량을 기록할 수 있는 각도로 움직이게 된다. 따라서 일출시에는 보다 더 일찍부터, 일몰시에는 보다 더 늦게까지 발전이 가능하다.

20분만에 결함 모듈을 찾아내는 IV Curve 진단기능 구현

IV Curve 진단이란, 인버터에서 태양광 모듈의 전압·전류를 감지하여 모듈의 이상 유무를 판단하는 기능이다. 화웨이의 IV Curve 진단기능의 기술력은, 관련 인증 기준의 최고등급을 뛰어넘는 업계 최고 수준이며, 이미 20GW 이상의 태양광 발전소에서 사용되고 있다. 기존의 모듈 결함 식별 방법은 현장에서 인력을 동원하여 하나하나 확인하는 것이었다. 이럴 경우에는 전수조사도 어렵고, 비용과 시간적으로도 많은 부담이 있었다. 화웨이 IV Curve 진단은 온라인에서 클릭 한번으로 진행되기 때문에 빠르고 정확하다. 대규모 발전소를 운영하여 주기적으로 모듈을 점검해야하는 상황이라면 화웨이의 IV Curve 진단 기능은 매력적인 선택이 될 것이다.

SDS 알고리즘 적용 사례 [자료=화웨이]

태양광 발전에서 효율성과 안전성, 신뢰성은 매번 강조되고 있다. 스트링 인버터의 절대 강자인 화웨이의 신제품인 SUN2000-330KTL은 위의 3가지 기능을 갖춘 태양광 인버터의 명품이라고 자부할 수 있다. 조만간 새로운 기술을 검증된 완성형 인버터에 녹여낸 화웨이의 스마트 태양광 인버터가 글로벌 태양광 인버터 산업을 주도할 것으로 향후 그 귀추가 주목된다. 

[이상열 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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