태양광 인버터란 무엇인가요?

전 세계가 지속 가능하고 깨끗한 에너지 솔루션을 추구함에 따라, 태양광 발전은 더 푸른 미래를 향한 경쟁의 선두주자로 부상했습니다. 풍부하고 재생 가능한 태양 에너지를 활용하는 태양광 발전(PV) 시스템은 널리 보급되어 전기 생산 방식에 획기적인 변화를 가져올 길을 열었습니다. 모든 태양광 PV 시스템의 핵심에는 태양광을 사용 가능한 에너지로 변환할 수 있는 중요한 구성 요소가 있습니다.태양광 인버터태양광 패널과 전력망을 연결하는 태양광 인버터는 태양광 에너지의 효율적인 활용에 중요한 역할을 합니다. 인버터의 작동 원리를 이해하고 다양한 유형을 탐구하는 것은 태양 에너지 변환의 흥미로운 메커니즘을 이해하는 데 필수적입니다. HA는 어떻게S태양I변환기W오크? 태양광 인버터는 태양광 패널에서 생산된 직류(DC) 전기를 가전제품에 전력을 공급하고 전력망에 공급할 수 있는 교류(AC) 전기로 변환하는 전자 장치입니다. 태양광 인버터의 작동 원리는 변환, 제어, 출력의 세 가지 주요 단계로 나눌 수 있습니다. 변환: 태양광 인버터는 먼저 태양광 패널에서 생성된 직류 전기를 공급받습니다. 이 직류 전기는 일반적으로 햇빛의 강도에 따라 변동하는 전압 형태입니다. 인버터의 주요 기능은 이 가변적인 직류 전압을 소비에 적합한 안정적인 교류 전압으로 변환하는 것입니다. 변환 과정에는 두 가지 핵심 구성 요소가 포함됩니다. 전력 전자 스위치 세트(일반적으로 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 또는 IGBT)와 고주파 변압기입니다. 이 스위치는 DC 전압을 빠르게 켜고 끄면서 고주파 펄스 신호를 생성합니다. 그런 다음 변압기는 전압을 원하는 AC 전압 레벨로 승압합니다. 제어: 태양광 인버터의 제어 단계는 변환 과정이 효율적이고 안전하게 작동하도록 보장합니다. 제어 단계에는 정교한 제어 알고리즘과 센서를 사용하여 다양한 매개변수를 모니터링하고 조절합니다. 주요 제어 기능은 다음과 같습니다. a. 최대 전력점 추적(MPPT): 태양광 패널은 최대 전력점(MPP)이라는 최적의 작동점을 가지고 있으며, 이 지점에서 주어진 일조량에 대해 최대 전력을 생산합니다. MPPT 알고리즘은 MPP를 추적하여 태양광 패널의 작동점을 지속적으로 조정하여 전력 출력을 극대화합니다. b. 전압 및 주파수 조정: 인버터 제어 시스템은 일반적으로 전력망 표준을 준수하여 안정적인 AC 출력 전압과 주파수를 유지합니다. 이를 통해 다른 전기 장치와의 호환성을 보장하고 전력망과의 원활한 통합을 가능하게 합니다. c. 계통 동기화: 계통 연계형 태양광 인버터는 교류 출력의 위상과 주파수를 계통과 동기화합니다. 이러한 동기화를 통해 인버터는 태양광 발전량이 부족할 때 초과 전력을 계통으로 되돌려 보내거나 계통에서 전력을 공급받을 수 있습니다. 산출: 최종 단계에서 태양광 인버터는 변환된 교류 전력을 전기 부하 또는 전력망으로 공급합니다. 출력은 두 가지 방식으로 활용될 수 있습니다. a. 계통 연계형 시스템: 계통 연계형 시스템에서는 태양광 인버터가 교류 전기를 전력망에 직접 공급합니다. 이는 화석 연료 기반 발전소에 대한 의존도를 낮추고, 순계량(net Metering)을 가능하게 하여 낮 동안 생산된 잉여 전기를 태양광 발전이 저조한 시간대에 사용할 수 있습니다. b. 독립형 시스템: 독립형 시스템에서 태양광 인버터는 전기 부하에 전력을 공급하는 것 외에도 배터리 뱅크를 충전합니다. 배터리는 잉여 태양 에너지를 저장하여 태양광 발전이 저조한 시간대나 태양광 패널이 발전하지 않는 야간에 활용할 수 있습니다. 태양광 인버터의 특징: 능률: 태양광 인버터는 태양광 발전 시스템의 에너지 생산량을 극대화하기 위해 고효율로 작동하도록 설계되었습니다. 효율이 높을수록 변환 과정에서 에너지 손실이 적어 더 많은 양의 태양 에너지를 효과적으로 활용할 수 있습니다. 전력 출력: 태양광 인버터는 소규모 주택용 시스템부터 대규모 상업 시설까지 다양한 전력 등급으로 제공됩니다. 최적의 성능을 얻으려면 인버터의 출력이 태양광 패널의 용량과 적절히 일치해야 합니다. 내구성 및 신뢰성: 태양광 인버터는 온도 변화, 습도, 잠재적인 전기 서지 등 다양한 환경 조건에 노출됩니다. 따라서 인버터는 견고한 소재로 제작되어야 하며, 이러한 환경을 견딜 수 있도록 설계되어야 장기적인 신뢰성을 보장할 수 있습니다. 모니터링 및 커뮤니케이션: 많은 최신 태양광 인버터에는 사용자가 태양광 발전 시스템의 성능을 추적할 수 있는 모니터링 시스템이 장착되어 있습니다. 일부 인버터는 외부 장치 및 소프트웨어 플랫폼과 통신하여 실시간 데이터를 제공하고 원격 모니터링 및 제어를 가능하게 합니다. 안전 기능: 태양광 인버터는 시스템과 작업자를 보호하기 위해 다양한 안전 기능을 갖추고 있습니다. 과전압 보호, 과전류 보호, 지락 감지, 그리고 정전 시 인버터가 전력망에 전력을 공급하는 것을 방지하는 단독 운전 방지 보호 기능이 포함됩니다. 전력 정격에 따른 태양광 인버터 분류 태양광 인버터라고도 하는 PV 인버터는 설계, 기능 및 용도에 따라 여러 유형으로 분류할 수 있습니다. 이러한 분류를 이해하면 특정 태양광 시스템에 가장 적합한 인버터를 선택하는 데 도움이 될 수 있습니다. 다음은 전력 수준에 따라 분류된 주요 PV 인버터 유형입니다. 전력 레벨에 따른 인버터: 주로 분산형 인버터(스트링 인버터 & 마이크로 인버터), 중앙집중형 인버터로 구분 문자열 반전ers: 스트링 인버터는 주거용 및 상업용 태양광 설비에서 가장 일반적으로 사용되는 PV 인버터 유형으로, 여러 개의 태양광 패널을 직렬로 연결하여 "스트링"을 형성하도록 설계되었습니다. 1~5kW PV 스트링은 DC 측에서 최대 전력 피크 추적 기능을 제공하고 AC 측에서 병렬 계통 연결을 통해 현재 국제 시장에서 가장 널리 사용되는 인버터입니다. 태양광 패널에서 생성된 직류 전기는 스트링 인버터로 공급되고, 스트링 인버터는 즉시 사용하거나 전력망으로 송전할 수 있도록 교류 전기로 변환합니다. 스트링 인버터는 간편함, 비용 효율성, 그리고 설치 용이성으로 잘 알려져 있습니다. 그러나 전체 스트링의 성능은 성능이 가장 낮은 패널에 따라 좌우되며, 이는 전체 시스템 효율에 영향을 미칠 수 있습니다. 마이크로 인버터: 마이크로 인버터는 PV 시스템의 각 태양광 패널에 설치되는 소형 인버터입니다. 스트링 인버터와 달리, 마이크로 인버터는 패널 수준에서 직류(DC) 전력을 교류(AC)로 변환합니다. 이러한 설계 덕분에 각 패널이 독립적으로 작동하여 시스템의 전체 에너지 출력을 최적화합니다. 마이크로 인버터는 패널 수준의 최대 전력점 추종(MPPT), 음영 지역이나 불일치 패널에서의 시스템 성능 향상, 낮은 직류 전압으로 인한 안전성 향상, 그리고 개별 패널 성능에 대한 상세한 모니터링 등 여러 가지 장점을 제공합니다. 하지만 초기 비용이 높고 설치가 복잡할 수 있다는 점을 고려해야 합니다. 중앙집중형 인버터: 중앙집중형 인버터는 대형 또는 유틸리티 규모(10kW 이상) 인버터라고도 하며, 태양광 발전소나 상업용 태양광 프로젝트와 같은 대규모 태양광 발전 설비에 일반적으로 사용됩니다. 이러한 인버터는 여러 개의 태양광 패널 스트링 또는 어레이에서 입력되는 높은 DC 전력을 처리하여 계통 연계를 위한 AC 전력으로 변환하도록 설계되었습니다. 가장 큰 특징은 시스템의 높은 전력과 낮은 비용이지만, 서로 다른 PV 스트링의 출력 전압과 전류가 정확히 일치하지 않는 경우가 많습니다(특히 PV 스트링이 흐림, 그늘, 얼룩 등으로 인해 부분적으로 그늘진 경우). 따라서 중앙 집중식 인버터를 사용하면 반전 프로세스의 효율성이 떨어지고 가정용 전기 에너지가 감소합니다. 중앙집중형 인버터는 일반적으로 수 킬로와트에서 수 메가와트에 이르는 다른 유형의 인버터보다 더 높은 전력 용량을 갖습니다. 중앙집중형 인버터는 중앙 위치 또는 인버터 스테이션에 설치되며, 여러 개의 태양광 패널 스트링 또는 어레이가 병렬로 연결됩니다. 태양광 인버터는 무슨 역할을 하나요? 태양광 인버터는 교류 변환, 태양 전지 성능 최적화, 시스템 보호 등 다양한 기능을 수행합니다. 이러한 기능에는 자동 운전 및 정지, 최대 전력 추적 제어, 단독 운전 방지(계통 연계 시스템), 자동 전압 조정(계통 연계 시스템), 직류 검출(계통 연계 시스템), 그리고 직류 접지 검출(계통 연계 시스템)이 포함됩니다. 자동 운전 및 정지 기능과 최대 전력 추적 제어 기능에 대해 간략히 살펴보겠습니다. 1) 자동운전 및 정지기능 아침 해가 뜨면 일사량이 점차 증가하고, 이에 따라 태양 전지의 출력도 증가합니다. 인버터가 요구하는 출력 전력에 도달하면 인버터가 자동으로 작동합니다. 운전 시작 후, 인버터는 태양 전지 구성 요소의 출력을 지속적으로 모니터링합니다. 태양 전지 구성 요소의 출력 전력이 인버터가 요구하는 출력 전력보다 큰 경우, 인버터는 계속 작동합니다. 해가 지기 전까지, 비가 와도 인버터는 작동합니다. 태양 전지 모듈의 출력이 감소하고 인버터 출력이 0에 가까워지면 인버터는 대기 상태가 됩니다. 2) 최대 전력 추적 제어 기능 태양 전지 모듈의 출력은 일사량과 태양 전지 모듈 자체의 온도(칩 온도)에 따라 달라집니다. 또한, 태양 전지 모듈은 전류가 증가함에 따라 전압이 감소하는 특성을 가지고 있기 때문에 최대 전력을 얻을 수 있는 최적의 동작점이 존재합니다. 일사량이 변하면 당연히 최적의 동작점도 변합니다. 이러한 변화에 대응하여 태양 전지 모듈의 동작점은 항상 최대 전력점에 위치하며, 시스템은 항상 태양 전지 모듈에서 최대 전력 출력을 얻습니다. 이러한 제어를 최대 전력 추종 제어라고 합니다. 태양광 발전 시스템에 사용되는 인버터의 가장 큰 특징은 최대 전력점 추종(MPPT) 기능입니다. 태양광 인버터의 주요 기술 지표 1. 출력전압의 안정성 태양광 시스템에서 태양 전지에서 생성된 전기 에너지는 먼저 배터리에 저장된 후 인버터를 통해 220V 또는 380V 교류로 변환됩니다. 그러나 배터리는 자체 충전 및 방전의 영향을 받으며, 출력 전압은 큰 폭으로 변동합니다. 예를 들어, 공칭 12V 배터리의 전압은 10.8V에서 14.4V까지 변동할 수 있으며, 이 범위를 초과하면 배터리가 손상될 수 있습니다. 적격 인버터의 경우, 입력 단자 전압이 이 범위 내에서 변동할 때 정상 상태 출력 전압의 변동폭이 정격 전압의 5%인 ±10%를 초과해서는 안 됩니다. 동시에 부하가 급격히 변동할 때 출력 전압 편차는 정격 전압의 ±10%를 초과해서는 안 됩니다. 2. 출력전압의 파형 왜곡 사인파 인버터의 경우, 최대 허용 파형 왜곡(또는 고조파 성분)을 명시해야 합니다. 이는 일반적으로 출력 전압의 전체 파형 왜곡으로 표현되며, 그 값은 5%를 초과해서는 안 됩니다(단상 출력의 경우 10% 허용). 인버터에서 출력되는 고차 고조파 전류는 유도 부하에 와전류와 같은 추가 손실을 발생시키므로, 인버터의 파형 왜곡이 너무 크면 부하 부품의 심각한 발열을 유발하여 전기 장비의 안전에 악영향을 미치고 시스템 작동 효율에 심각한 영향을 미칩니다. 3. 정격 출력 주파수 세탁기, 냉장고 등의 모터를 포함한 부하의 경우, 모터의 최적 주파수 동작점은 50Hz이므로, 주파수가 너무 높거나 너무 낮으면 장비가 과열되어 시스템의 작동 효율과 수명이 감소합니다. 따라서 인버터의 출력 주파수는 비교적 안정적인 값이어야 하며, 일반적으로 전원 주파수는 50Hz이고, 정상 작동 조건에서 편차는 ±1% 이내여야 합니다. 4. 부하 역률 유도성 부하 또는 용량성 부하에서 인버터의 성능을 특성화합니다. 사인파 인버터의 부하 역률은 0.7~0.9이며, 정격값은 0.9입니다. 특정 부하 전력의 경우, 인버터의 역률이 낮으면 필요한 인버터 용량이 증가합니다. 한편으로는 비용이 증가하고, 동시에 태양광 시스템 AC 회로의 피상 전력이 증가합니다. 전류가 증가함에 따라 손실이 불가피하게 증가하고 시스템 효율도 감소합니다. 5. 인버터 효율 인버터의 효율은 지정된 작동 조건에서 입력 전력에 대한 출력 전력의 비율을 백분율로 나타낸 것입니다. 일반적으로 태양광 인버터의 공칭 효율은 순수 저항 부하를 나타냅니다. 80% 부하 효율 조건에서. 태양광 시스템의 전체 비용이 높기 때문에 시스템 비용을 줄이고 태양광 시스템의 비용 성능을 개선하기 위해 태양광 인버터의 효율을 극대화해야 합니다. 현재 주류 인버터의 공칭 효율은 80%에서 95% 사이이며 저전력 인버터의 효율은 85% 이상이어야 합니다. 태양광 시스템의 실제 설계 과정에서 고효율 인버터를 선택해야 할 뿐만 아니라 태양광 시스템의 부하가 가능한 한 최고 효율 지점 근처에서 작동하도록 시스템의 합리적인 구성을 사용해야 합니다. 6. 정격 출력 전류(또는 정격 출력 용량) 지정된 부하 역률 범위 내에서 인버터의 정격 출력 전류를 나타냅니다. 일부 인버터 제품은 정격 출력 용량을 제공하며, 단위는 VA 또는 kVA입니다. 인버터의 정격 용량은 출력 역률이 1일 때(즉, 순수 저항 부하일 때) 정격 출력 전압과 정격 출력 전류의 곱입니다. 7. 보호 조치 성능이 우수한 인버터는 실제 사용 중에 발생하는 다양한 이상 상황을 처리할 수 있는 완전한 보호 기능이나 대책을 갖추어야 하며, 인버터 자체와 시스템의 다른 구성 요소를 손상으로부터 보호해야 합니다. 1) 저전압 보험 계정을 입력하세요: 입력 단자 전압이 정격 전압의 85%보다 낮을 경우 인버터는 보호 기능과 표시 기능을 갖춰야 합니다. 2) 입력 과전압 보호기: 입력 단자 전압이 정격 전압의 130%보다 높을 경우 인버터는 보호 기능과 표시 기능을 갖춰야 합니다. 3) 과전류 보호: 인버터의 과전류 보호 기능은 부하 단락 또는 허용 전류 초과 시 적시에 조치를 취하여 서지 전류로 인한 손상을 방지해야 합니다. 또한, 작동 전류가 정격 전류의 150%를 초과하는 경우 인버터는 자동으로 보호 기능을 수행해야 합니다. 4) 출력 단락 보호 인버터의 단락 보호 동작 시간은 0.5초를 초과해서는 안 됩니다. 5) 입력 역극성 보호: 입력 단자의 양극과 음극이 반대일 경우, 인버터는 보호 기능과 디스플레이를 갖춰야 합니다. 6) 번개 보호: 인버터에는 번개 보호 기능이 있어야 합니다. 7) 과열 보호 등 또한, 전압 안정화 조치가 없는 인버터의 경우, 인버터는 부하를 과전압 손상으로부터 보호하기 위해 출력 과전압 보호 조치도 갖춰야 합니다. 8. 시동 특성 인버터의 부하 기동 능력과 동적 운전 시 성능을 특성화합니다. 인버터는 정격 부하에서 안정적인 기동을 보장해야 합니다. 9. 소음 전력 전자 장비의 변압기, 필터 인덕터, 전자기 스위치, 팬과 같은 부품은 소음을 발생시킵니다. 인버터가 정상적으로 작동할 때 소음은 80dB를 넘지 않아야 하며, 소형 인버터의 소음은 65dB를 넘지 않아야 합니다. 태양광 인버터 선정 기술