주택용 태양광 발전 시스템을 설치하기 위한 기초지식

본 기술자료는 주택용 태양광 발전 시스템에 관한 예비 지식과
사전에 확인해야할 것 등에 대해서 설명합니다.

1. 주택용 태양광 발전 시스템의 설치할 때에 사전 확인사항
2. 지붕 형상에 알맞는 시스템 태양전지 모듈선정과 지붕설치도면
3. 태양전지 어레이 구성
4. 전기용품의 선정, 배치 및 배선 방법
5. 발전량 추정

여기서, 태양광발전시스템이나 태양전지에 대해서 보다 자세하게 알아보고 싶은 분은 「태양전지 Q＆A 」를 잘 활용하여 주시면 되겠습니다.

1. 주택용 태양광 발전 시스템을 설치할 때의 사전 확인사항

Q1. 어떠한 형상의 지붕인지?
회답 예： 기와형태의 지붕
스트레이트형, 아치형 지붕
아스콘형 지붕

Q2. 지붕의 치수나 크기는?
회답 예： 넓이　27.5평방 m
치수　3m×4.5m×2면

Q3. 어느 정도의 발전 용량이 필요한지?
회답 예： 약 1.5kW

Q4. 설치 장소나 방위, 지붕의 경사도는?
회답 예： 장소　서울
방위　정남
경사각　30°

Q5. 계통 연계하는 경우 접속하는 전원 사양은 어떻게 되고 있는지?
회답 예： 220V 단상 2선식　저압 수전
220V 3상 4선식　저압 수전

2. 지붕 형상에 알맞는 태양전지 모듈과 지붕설치도면 기와 형태의 지붕

　 평판 탈착식 태양전지
　 　
스트레이트형과 아치형 지붕
　 지붕재 일체형 태양전지
　
아스콘형 지붕 　
지붕재 일체형 태양전지 모듈
　 　

　 아래의 점에 주의하면서 실제로 지붕 설치 도면을 그려보면

지붕의 넓이에 따라서 희망하는 발전 용량에 필요한 매수를 설치할 수 없는 경우가 있음.

발전량은 태양전지의 용량, 설치 장소, 설치 방위나 지붕의 경사, 기후 등의 일사 조건에 의해 변화함.

지붕재 일체형 태양전지는 절단이나 접어 구부리기를 할 수 없음.

지붕의 처마 끝 부분이나 구석 등의 지붕 마무리를 필요로 하는 곳에는 설치할 수 없음.

지붕설치도면

태양전지 모듈 설치부분

3. 태양전지 어레이 구성

　
다음의 어레이 구성을 검토한다.
구체적으로는 모듈의 직렬수와 회로의 병렬수를 결정한다. 예: 어레이 구성

• 직렬수：12
  
• 병렬수：4(남쪽과 북면을 나눈다)
  
• 전지 용량：12×4×29W=1392W
  
  
• 모듈의 직렬수
  　 모듈의 직렬수는 스트링 구성이라고도 하지만, 병렬이 되는 회로에 대해서 동일하게 한다.
  직렬수는 스트링이 발생하는 개방 전압이 컨디셔너의 입력 가능 전압을 넘지 않게 결정해 주어야 한다.
  주： 태양전지의 발생 전압은 온도에 대해서 특성을 가지고 있다. 사양의 개방 전압은 전지 온도가 25℃의 값이다. 추운 계절의 새벽에는 기온도 상당히 저하하기 때문에 인버터의 입력 최대 전압이 90% 이하가 되도록 스트링의 개방 전압을 결정하도록 한다.
  또한, 최대 출력 동작 전압이 컨디셔너의 최대 전력 추종 제어의 전압 범위 내가 되도록 결정해 야 한다.
  
  　
  　 일반적으로 지붕재 일체형 태양전지 아몰파스계의 경우의 직렬수는(ex : 입력 최대 전압 240 V일 경우) 　
  주： 주택용 컨디셔너의 경우는 입력 최대 전압이 낮기 때문에 직렬수는 좀 더 작아짐.
  
• 회로의 병렬수/스트링수
  　 다음에 전체 용량으로부터 회로의 병렬수를 결정해 어레이 구성이 정해진다.
  직렬수와 병렬수는 정수로 할 필요가 있다.
• 태양전지의 설치에 있어서
  　 지붕설치도면에 근거해 태양전지의 배치를 실시하지만, 동일 스트링 내의 태양전지는 동일 방위의 지붕 면의 경사를 맞추어 가능한 한 설치한다.
  
  
  4. 전기용품의 선정, 배치 및 배선 방법 　

전기용품의 선정

접속 상자
　 　 병렬수에 맞는 회로수가 필요하게 된다.
회로수가 적은 경우는 표준의 것을 사용해 병렬수에 맞는 접속 상자의 수량을 생각한다.
　 표준 회로수：5.6. 8.10. 12
　 회로수가 많은 경우는 거기에 맞는 접속 상자도 준비할 수 있다.
용량이 대규모여서 회로수가 매우 많아지는 경우는, 배선 처리상 접속 상자의 분산 배치가 유리하게 된다. 전기공사를 감안해 종합적으로 결정한다.

예：접속 상자

병렬수가 4이므로 회로수는 4

접속 상자는 최소 회로수의 5를 선정

인버터
　 전지 용량에 맞는 용량을 선정한다.
비주택의 경우는 표준 유닛이 10 kW단위이므로 거기에 기초를 두어 선정한다.
주택의 경우는 표준이 3 kW나 4.5 kW가 되어 있어 전지 용량에 근거해 한쪽을 선정한다.

예：인버터-사양

약 1.4 kW이므로 최소의 3 kW를 선정

　 전기용품의 배치 및 배선 방법 　

전기용품의 배치
　 　 전기용품은 장래의 보수를 생각해 점검하기 쉬운 곳에 설치한다.
접속 상자는 모듈의 근처에, 인버터는 접속 상자의 근처 또는 전기실에 설치한다.

전기용품의 배선방법
　 　 스트링을 구성하는 모듈 사이의 배선은 모듈에 부속되어 있는 첨부 서랍 케이블로 간단하게 할 수 있 지만, 스트링으로부터 접속 상자까지의 배선은 물건마다 바뀐다.
스트링으로부터 접속 상자까지의 배선 루트 및 배선 방법(배선 랏크, 전선관 등)을 건물의 구조나 사 양에서 정하고 규칙 접속 케이블의 사양도 선정한다.
　 접속 케이블의 표준 길이：25,50,75m

모듈의 접지 공사
　 　 모듈에는 접지를 달아야 한다. 회로 전압에 의해 접지 종류를 결정한다.

300 V이하의 회로의 경우 ：D종 접지(접지 저항 100Ω이하)

300 V를 넘는 저압 회로의 경우 ：C종 접지(접지 저항 10Ω이하) 별도 준비되어 있는 접지 모선으로부터 접지선을 연장하여 인버터, 접속 상자, 모듈의 접지를 실시하기 위해 접지선의 루트, 길이를 결정한다.
5. 발전량의 추정
　 발전량은 태양전지의 용량, 설치 조건, 일사 조건으로부터 다음의 식을 이용해 추정한다. 　　　Ep=Pas*Ha*K 　단,
Ep ： 1 일 당의 발전량　kWh/d

월간, 연간의 발전량은 월간, 연간으로 변환할 필요가 있다.

월간이라면 매월 평균 일사량은 다르므로, 해당 월의 일사량을 이용해 1일의 발전량을 요 구해 거기에 그 달의 월간 일수 로 환산한다.

연간이라면 매월 발전량을 요구 적산할지 연간 평균 1일의 일사량으로부터 발전량을 요구해 연간 일수로 환산한다.

Pas ： 표준 상태에 있어서의 태양전지 어레이 출력　kW(태양전지의 공칭 출력에 상당) /kW/m2

표준 상태：　AM　1.5, 일사 강도　1kW/m2, 태양전지 셀 온도 25℃ Ha ： 1 일 어레이 면의 일사량　kWh/㎡d

어레이 면의 1 일 일사량은 지점, 방위각, 경사각, 기후 등으로 바뀐다.
방위각은 15도 단위, 경사각 10도 단위로 매월, 각 계절, 연간의 단위면적 당의 1일 평 균의 일사량이 나타나고 있다. K ： 종합 설계 계수

종합 설계 계수는 다음의 요소로 정해진다.

직류 보정 계수　Kd ： 셀 표면이 오염되고 일사 강도 변화에 의한 손실 보정, 셀의 특성 차이에 의한 보정 등이 포함.

온도 보정 계수　Kt ： 셀이 일사, 주위 온도에 의해 변환 효율이 변화하기 위한 보정.

인버터-효율η ： 인버터-효율은 메이커에 의해 약간 다름.

예： 발전량 추정 계산 예 　
남쪽　연간 평균 일사량： 서울의 방위 정남으로 경사 30도 3.74kWh/m2d(NEDO의 일사 데이터로부터)
　 　 연간 발전량 Eys=0. 696kW*3. 74*K*365d=726. 8kWh 단, K=0. 85*인버터효율 0.9
북면　연간 발전량 Eyn=남쪽의65%=472. 4kWh
　 합계　연간 발전량 Eyt=726.8+472. 4=1199. 2kWh/y