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[태양광 초보자교실]
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소규모 태양광 발전 기초
Date : 2015-07-04
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소형 태양광 발전의 구성

태양광 발전은 크게 2가지 방식이 있습니다. 하나는 태양전지판으로 생산된 전기를 배터리에 저장하여 필요한 때 사용하는 방식으로 이를 독립형 방식이라 합니다. 또 하나는 일반 가정용이나 발전소처럼 220V 한전 전기와 연결하여 사용하는 계통연계 방식입니다. 계통 연계 방식은 반드시 한전 전기가 있어야 사용가능합니다. 즉 산골이나 바다등 전기가 없는 곳에서는 계통 연계 방식을 사용할 수 없습니다
독립형 방식을 먼저 설명 드리겠습니다. 독립형 태양광 발전을 위해서는 3가지 부품이 반드시 필요합니다.
전기를 생산하는 태양전지판과 전기를 저장할 수 있는 배터리와 그리고 충전 기능을 담당하는 콘트롤러입니다.
태양광을 사용하려면 제일 먼저 해야 할 일이 내가 어떤 전기기기를 사용할 것인지 먼저 정해야 합니다. 소비하려는 전기량을 먼저 계산하고 그 다음 그 소비량을 충족해 줄 수 있는 태양광발전 용량을 계산해야 합니다

< 독립형 태양광 발전 세트 구성>

1. 필요한 태양 전지판의 크기를 계산하는 방법
소규모 태양광 발전을 활용하고자 할 때 가장 먼저 정해야 할 사항은 어느 정도 크기의 태양 전지판을 선택하느냐 입니다. 이때 가장 기본이 되는 원칙은 하루에 사용하는 전기와 동일한 양의 전기를 하루에 생산해주어서 배터리의 용량을 유지하도록 하는 것입니다. 만일 하루에 생산되는 전기보다 소비하는 전기가 많을 경우 얼마 가지 않아 배터리의 전기가 부족해 사용시간이 현저히 줄어들게 됩니다.
하루에 소비되는 전기량을 계산하기 위해서는 먼저 사용하려는 전기기기의 와트(Watt) 를 알아야 합니다. 예를 들어 5W의 LED 전등 2개를 하루 5시간씩 사용한다고 하면, 하루 전기소비량은 50W로 계산됩니다. ( 5W X 2 개 X 5 시간 = 50W ) 그러면 태양광 발전으로 하루에 최소 50W 이상을 생산해 주어야 합니다. 그러면 50W를 생산하기 위한 태양 전지판을 구성해 보겠습니다.
통상 우리나라의 경우 평균적인 일조시간은 3 시간으로 설정하겠습니다. 50W 를 3 시간으로 나누어보면 약 17 W 의 태양전지판이 필요합니다. 그러나 실제적으로 17W의 전지판은 구하기 어려우므로 20W 전지판을 선택하셔야 합니다. 그러면 하루에 평균적으로 20W X 3 시간 = 약 60W 정도의 전기가 생산됩니다. 이렇게 하루에 사용하는 전기보다 많은 전기를 생산할 수 있는 태양 전지판을 선택해야 합니다. 그리고 태양전지판은 설치할 때 정남향으로 방향으로 각도는 약 30도 정도의 각도로 기울여서 설치해주어야 합니다 그리고 먼지나 불순물이 전지판위에 끼게 되면 발전 효율이 저하되므로 수시로 전지판을 깨끗하게 청소를 해주어야 합니다

2. 배터리의 크기를 결정하기
태양전지판의 크기를 정하고 나면 배터리의 용량 크기 즉 암페어(Ah)를 정해야 합니다. 배터리는 태양전지판에서 발전된 전기를 담아두는 저장소입니다. 주간에 태양 전지판에서 생산되는 전기를 배터리에 저장해두었다가 필요한 시간에 배터리에 저장된 전기를 사용하는 것입니다. 따라서 배터리는 하루에 사용하는 양보다는 최소한 서너배정도 많은 양의 전기를 담아두어야 필요한 시간에 사용할 수 있게 됩니다. 하루 50W의 전기를 사용한다면 배터리에는 200W - 300 W 정도의 전기를 저장하는 배터리를 사용하는 것이 필요합니다. 300W를 암페어로 환산해보면 (300 / 12 ) 25 Ah 입니다. 그러면 이보다 좀더 여유있게 30A 이상의 배터리를 사용하는 것이 바람직합니다
그리고 수일간 비 오는 날이나 흐린 날등을 대비하려면 좀더 큰 용량의 배터리를 선택해야 할 것입니다

3. 솔라 콘트롤러의 선택
태양 전지판으로 전기를 생산하는데 세번째 필수적인 장비는 솔라 콘트롤러입니다. 솔라 콘트롤러는 태양전지판에서 발생하는 전기를 배터리에 충전하고 관리해주는 역할을 하므로 반드시 사용해야 합니다. 콘트롤러를 사용하지 않는다면 배터리가 과충전되어 폭발의 위험이 있으며 또한 배터리가 방전되는 것을 방지해 주므로 반드시 사용해야 합니다. 콘트롤러를 선택할 때는 반드시 암페어의 크기를 확인해야 합니다. 태양전지판의 암페어와 사용하려는 전기기기의 암페어보다 큰 암페어의 콘트롤러를 사용해야 합니다. 예를 들어 10W 전지판이면 1A 급의 콘트롤러 20W이면 3A 급 입니다. 60W 면 10A 콘트롤러를 사용해야 합니다 그러나 사용 중 용량을 확장을 해야 할 경우라면 미리 큰 용량의 콘트롤러를 구매하는 것이 오히려 경제적입니다. 자세한 기준은 세이브솔라로 문의 바랍니다.


4. 인버터의 사용
태양광 발전으로 만들어지는 전기는 배터리에 전기를 저장하는 방식이므로 전기의 전압은 12V 나 24V의 DC 전기입니다. 그러나 우리가 일반적으로 사용하는 것은 220V 전기입니다. 그래서 태양광으로 발전한 12V 나 24V 의 전기를 220V 로 사용하려면 인버터를 사용해야 합니다. 인버터는 DC 12V 전기를 우리가 가정에서 사용하는 전기와 같은 AC 220V 로 변환시켜주는 장치입니다. 인버터를 사용하기 위해서는 태양전지판의 크기가 최소 60W 이상이 되어야 합니다. 220V 로 변환하는 과정에서 약 15 % 정도의 전기 손실이 발생하므로 작은 태양전지판을 사용하는 발전세트에서는 사용하기 어렵습니다. 따라서 최소한 60W 이상의 발전 세트에서 인버터를 사용하는 것이 바람직합니다 인버터는 사용하려는 전기기기에 따라 300W, 500W, 1000W, 2000W 등으로 구분됩니다. 예를 들어 100W 미만의 전기를 소비하는 TV 나 LED 전등 등을 사용는데는 500W 나 1,000W 정도의 인버터로도 충분하지만 만일 1,000W 이상의 소비전력을 가진 커피포트 등을 사용하려면 2,000W 정도의 인버터가 필요합니다

5. 전기 사용 기기의 선택
태양광으로 많은 전기를 생산하기 위해서는 큰 규모의 태양전지판과 많은 배터리등의 시설이 필요합니다.
그러나 가정이나 개인이 소규모 발전을 하여 사용할 경우 생산량이 적기 때문에 전기기기를 선택할 때 저전력 소비기구를 선택해야 합니다. 전등의 경우는 소비전력이 적은 LED 전등을 필수적으로 사용해야 합니다. 그래서 태양광발전은 LED 전등과 가장 잘 조합됩니다. 태양광 을 효과적으로 소비전력이 적은 전기기구를 사용하는 것이 바람직합니다 그래서 먼저 사용하려는 전기기의 소비전력을 파악하는 것이 우선입니다. 전기소비가 많은 열선전기 기구들인 전기밥솥, 전기난로 , 전기 장판, 전기 보일러, 에어컨 등은 소규모 태양광으로 이용하기에는 적합치 않습니다. 조금 여유있는 용도로 사용하려면 전지판의 규모가 500W 이상으로 구성하는 것이 바람직합니다 일반적으로 사용되는 소규모 발전세트의 예를 들어 보겠습니다
- 전등을 위주로 사용할 경우 : 20W - 60W 발전세트 구성
- 소형 TV, 전등 사용할 경우: 100W -200W 발전세트 구성
- 소형 냉장고 TV 전등 사용할 경우 : 500W - 1,000W 발전세트 구성
특히 컨테이너 하우스등에서 소형 냉장고를 사용하려는 경우 냉장고의 소비전력을 잘 살펴본 후 월간 소비전력이 15KW 이하의 1등급 냉장고를 구매해야 합니다. 또한 선풍기도 DC모터를 사용하는 선풍기는 일반 선풍기에 비해 소비 전력이 절반이므로 DC 선풍기를 사용해야 합니다

6. 캠핑용 차량에 사용
요즘 캠핑이 많은 인기를 얻고 있습니다. 스타렉스나 1톤 차량등으로 캠핑카를 꾸며서 캠핑을 하는 인구들이 늘어나고 있습니다. 차량의 지붕에 100W 규모의 전지판을 3장 - 6장도 부착하여 필요한 전기를 충당하고 있습니다. 여기에는 솔라패널과 패널의 규모에 맞는 솔라 콘트롤러 그리고 300A &#8211; 500A 정도의 배터리를 장착하고 1000W &#8211; 2,000W 정도의 인버터를 장착하면 필요한 냉장고 TV 전등 전기장판등 필요한 전기를 사용할 수 있습니다.
그외에 휴대형의 접이식 솔라 패널을 이용하면 전등 사용등 간단한 전기를 사용할 수 있습니다.



7.가정용 미니 태양광 발전세트 (계통 연계형 미니발전)

태양과 패널과 마이크로 인버터가 있으면 간단하게 전기를 발전하여 사용할 수 있습니다.
이 방식은 반드시 한전의 전기가 들어와 있는 경우에만 설치가 가능합니다. 즉 한전의 전기가 없는 산골이나 섬 지역에서는 이 방법을 사용할 수 없습니다. 한전의 전기가 있어야 작동할수 있는 방식이라서 게통 연계 방식이라고 부릅니다. 일반적으로 주택용으로는 시골지역이나 전원 주택등에서 주로 3KW를 흔히 설치합니다. 그러나 필요에 따라 200W 부터 1KW 까지 소형으로도 충분히 직접 설치하여 사용할 수 있습니다. 이는 전기요금의 누진제 부담을 줄일 수 있고 직접 전기를 생산하여 사용한다는데 큰 의미가 있습니다. 무엇보다도 누구나 쉽게 설치하여 사용할 수 있다는 것이 가장 큰 장점 중 하나입니다.
200W 는 한달 평균 약 20KW , 300W는 약 30KW , 500W 규모는 약 50KW 의 전기를 생산하여 사용할 수 있습니다. 1,000W 를 설치하면 한달에 약 100KW 의 전기발전으로 상당한 전기료를 절약할 수 있습니다. 가정에서 사용하는 냉장고 의 소비전력은 한달 동안 약 30kw 정도라고 본다면 300W 발전세트라면 냉장고 한대의 전기는 충장한다고 볼수 있습니다. 1,000W 정도는 약 200 만원정도의 예산이 소요되며 독립형에 비해 설치방법도 간단하여 누구나 쉽게 설치 가능합니다.
이 방식은 한전 전기의 계통 연계 방식이며 발전된 전기는 집안의 콘세트를 통하여 한전의 전기와 연결되는 방식입니다. 발전된 전기가집안으로 인입되면 발전된 전기량만큼 전기 계량기가 적게 돌아가서 전기요금이 그만큼 줄어들게 됩니다. 다만 아파트의 경우는 설치할 수 있는 면적이 제한되고 남향이라는 조건을 충족하여야 설치가 가능하므로 제약 조건이 따릅니다. 일반 주택의 경우는 충분히 사용가능한 소형 태양광 발전세트라고 볼 수 있습니다
가정용 발전세트의 구성품을 보면 태양전지판과 마이크로 인버터가 필요합니다. 그리고 태양전지판을 세워야 하므로 지지대가 별도로 필요하게 됩니다. 그리고 발전되고 있는 전력량을 확인하기 위해서는 와트 미터기(Watt Meter) 가 반드시 필요합니다




소형 가정용 태양광발전 구성도


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