C-테크 선도기업을 표방하는 스마트파워(의장 박기주)가 ‘안전’과 ‘성능’을 다잡은 태양광발전 기술로 시장을 선도해 나가고 있다.
‘양압 배전반’ 등 신개념의 배전반 개발과 함께 탄소중립, 넷제로 등 글로벌 이슈에 따른 태양광발전의 폭발적 확산에 주목하고, 발전성능 뿐만 아니라 안전까지 확보할 수 있는 기술을 자체 개발해 제품화에 성공한 것이다.
스마트파워는 우선 중대재해처벌법 시행에 맞춰 태양광 발전의 안전에 주목하고,
래피드 셧다운(Rapid ShutDown, 신속차단기술, 이하 RSD) 기술을 국내 처음으로 적용했다.
미국 NEC(National Electrical Code)에서 2014년부터 건물 태양광발전에 의무화하고 있는 RSD 기술은 모듈구조물에서 약 30cm 떨어진 곳에서는 어레이 경계 내에서 10초 이내에 최대 80V로 전압을 낮추는 것으로, 태양광발전소에서 발생하는 화재 진압 시 감전 위험을 줄여 소방관을 보호하기 위한 조치다.
특히 건물 부착되는 태양광발전소에서 화재가 발생할 경우 개별 모듈에서 전력이 계속 생산돼 전소될 때까지는 사실상 소방관의 접근이 불가능한 게 현실이다. 때문에 미국뿐만 아니라 일본, EU에서도 RSD 기술 적용을 의무화하고 있으며, 동남아 국가인 베트남, 태국, 싱가포르에서도 도입됐다. 미국의 타이고(TIGO)와 영국의 베니가 주도하고 있으며, 독일의 솔라엣지도 RSD안전 및 파워 옵티마 태양광발전 분야에서 적합한 기술을 공급하고 있다.
그러나 우리나라에선 아직 도입논의조차 이뤄지지 않고 있는 실정이다.
박기주 스마트파워 의장은 “2021년 1월 1일부터 IEC규정에 의한 DC 저압기준 전압도 1500V로 높아지고 2023년도에는 공공건축물에서도 신재생에너지 비율이 32%로 의무 할당돼 태양광발전의 확산은 앞으로 더욱 늘어날 전망이지만 안전측면에서는 매우 미흡한 실정”이라며 “태양광 발전설비는 모듈의 직·병렬 결합으로 구성되며 접속함은 병렬 접속점으로 순환전류가 많을 경우 화재와 누전, 감전의 위험이 상존하고 있으나 현재 한국의 기술로는 인버터 단위의 관제와 누전설비 의무화로 사실상안전과 관리의 사각지대에 놓여 있다”고 지적했다.
윤용호 광주대 전기전자공학부 교수는 2022년 논문에서 “안전성 중심의 태양광 인버터의 보급 및 활용으로 태양광발전시스템 운영자와 소방관, 일선 응급 요원들은 RSD 기능에 힘입어 태양광 부품의 고압 전류에 의한 감전사고 위험 없이 안전하게 작업을 수행할 수 있게 됐다”면서 “북미에서만 의무화했던 RSD가 필리핀, 태국, 싱가포르에도 현재 도입됐고, 그 밖의 여러 국가들도 동일한 규제를 가하는 방안을 검토하거나 평가하고 있다”고 지적했다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 스마트파워는 선제적으로 RSD 시스템을 탑재했다.
태양광 스트링 간의 화재·아크사고나 문제발생 시 RSD 기술을 통해 일반적인 솔레노이드 차단기의 차단속도(30m/s)보다 빠른 6m/s 이내에서 차단되는 스트링 DC전용 제로 마그네트 차단기(ZMC)와 접속함 안전모니터링 알고리즘으로 아크가 성장하기 전에 신속하게 급속 차단해 안전을 확보한 것이다.
스마트파워의 고출력 리파워링 기술 구성도.
뿐만 아니라 스마트파워는 태양광 발전 성능을 높이기 위해 스트링(모듈 조합 단위) 간의 균등전압 발생으로 순환전류를 없애 산악지 등 음영이 많은 곳에서는 평균 10% 이상, 최대 55%까지 발전량을 증대시켰다.
NEP 인증을 받기도 한 스마트파워의 ‘스트링 균등전압 추종을 통한 태양광 발전용 출력향상 제어장치’는 태양광 발전의 출력 저하로 인한 스트링 전압 불평형시 스트링옵티마를 통해 MPPT(Maximum Power Point Tracking, 최대 전력 생산점 추적)를 제어하고 전압 부스팅을 통해 균등전압을 출력할 수 있다. 이를 통해 고출력·저비용 태양광발전, 스트링의 음영발생시 손실 보상 등을 가능케 했다는 게 업체 측의 설명이다.
박 의장은 “한국의 4계절 환경에서도 최대 55%까지 발전량이 늘어나는 공인시험 결과를 가지고 있으며, 과거의 200W 모듈과 신형 700W모듈을 결합하는 이기종 모듈 간의 결합도 태양광발전 업파워링 시공을 통해 최대 2.2배의 발전용량 증대와 4배의 출력용량증대를 경험할 수 있다”고 설명했다.
박 의장은 그러면서 “한국의 태양광발전 시장은 이미 시설용량이 25GW(2022년 누적 기준)를 넘어섰고, 공공기관 신재생에너지 의무화와 제로에너지 건축물(ZEB) 확대 등으로 인해 태양광발전 보급은 더욱 늘어날 수밖에 없다”면서 “이런 상황에서 기존의 태양광 발전기술로는 성능과 안전 이슈에 대응할 수 없으며, 4세대 태양광발전 시스템 기술로 스마트파워가 시장을 선도하려 한다”고 강조했다.
한국의 대표적인 태양광발전소 현장. 스마트파워는 앞으로 1세대~3세대 태양광 발전시스템의 시대는 가고, 4세대 태양광 발전시스템이 있어야만 점차 확대되고 있는 태양광발전을 안전하고, 효율적으로 운영할 수 있다고 강조했다.(제공=스마트파워)
스마트파워에 따르면 태양광 1세대 시스템은 모듈과 접속함, 인버터, 계통 배전반 등이 연결돼 인버터 단위까지 단순 관제되는 형태이며, 2세대 시스템은 인버터 효율증대와 양면형 모듈의 채용기술을, 3세대 시스템은 독일 S사의 스트링 옵티마이저, 미국 A사의 정전압 스트링옵티머, 단순한 가상발전소(VPP) 예측오차율 8% 기술 등을 의미한다.
하지만 스마트파워의 4세대 태양광발전은 스트링 레벨 출력조정, IV 커브진단, GPS 위치기반의 디지털트윈 기술로 스트링 단위손실된 발전량을 실시간 관제하고 내구수명 기간 동안 초기 발전량을 유지하는 ‘아바타 O&M’ 기술이다.
박 의장은 “디지털공간에서 4개의 발전소를 구축해 실시간으로 스트링 단위로 비교해서 실손 에너지가 발생한 경우 위치기반으로 60분 이내에 알려주며 장애 부문을 모바일로도 알려줄 수 있다”면서 “최적화된 태양광발전소 고출력 전력변환과 안전관리 부문에 집중해 탄소중립과 업파워링 부문에서 세계의 표준을 지향하고자 한다”고 말했다.
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출처 : 전기신문(https://www.electimes.com)
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