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태양광발전시스템의 접지 및 아크 보호의 직류전기 사고대책

전문가 제언: ○ 전력 분야에서 직류차단기는 직류전력 공급전선을 보호하기 위해 대개 지상변전소에 설치된다. 직류는 교류와 달리 전류 영점이 없기 때문에 사고전류를 차단할 때 전류를 영점까지 줄여야 한다. 사고전류는 사고 직후 급격히 상승하여 전류상승률이 최대 10,000,000A/sec에 달한다. 이러한 사고전류를 신속히 차단하기 위해 직류차단기는 과전류 검출로부터 수 msec 이내에 작동하여 고속 동작으로 사고전류를 차단한다.

○ 기존에는 기중에서 전류를 차단하는 기중차단기가 널리 사용되었지만 1970년대부터 기중에서 아크를 방출하지 않는 반도체차단기나 진공차단기가 개발되어 사용되었다. 기중차단기는 전류 차단 시에 발생하는 아크를 기중에서 늘리고 냉각하여 계통전압 이상으로 아크전압을 증가시켜 한류효과에 의해 전류를 차단한다. 진공차단기는 기중에 아크를 방출하지 않기 때문에 방재성이 우수하고 아크 소음이 적으며 차단기외의 아크 처리공간이 필요 없어 에너지절약이 가능하고 단시간에 전류를 차단할 수 있기 때문에 접점 등의 부품 소모가 적어 유지보수를 저감할 수 있는 것이 특징이다.

○ 우리나라는 2030년까지 약 3.5GW의 태양광발전용량을 보급할 예정이지만 현재 설치 보급된 태양광발전에서 태양전지 모듈의 성능 저하와 외형적인 변형에 의해 소비자와 설치기업 및 제조기업 사이에 분쟁이 발생하는 경우가 있다. 에너지기술평가원과 에너지기술연구원이 설치 후 20년이 경과된 태양전지 모듈을 분석한 결과, 전선박스 내부의 전극부식이, 19년이 경과한 태양전지 모듈은 19.5%의 출력 저하가 관찰되었고 일부 모듈에서는 내부전지의 파손으로 바이패스 다이오드(bypass diode)가 작동하여 47.5%의 낮은 발전성능을 보였다.

○ 또한 16년이 경과한 태양전지 모듈도 평균 약 15.8%의 출력 감소가 관찰되었다. 설치 후 5년 이하가 경과된 태양전지 모듈은 대부분 특별한 문제점이 발견되지 않았고 발전성능 평가에서도 약 3.7%의 작은 출력 감소만 관찰되었다. 최근에 품질이 향상되어 태양전지 모듈의 성능이 뛰어나지만 먼지 제거나 이상 발생 시의 조기 대처가 없으면 효율이 크게 떨어질 가능성이 있으므로 이를 유의해야 한다.

저자: Isii Yungmun
자료유형: 니즈학술정보