태양광 발전량 분석

태양광

 

1. 부하설비 용량

태양광발전소 용량 기본단위는 W, kW, MW, GW 등 이고, 이것은 태양전지모듈의 총 용량(태양전지모듈용량 × 수량)과 동일하다. 태양광발전소의 용량은 직류측 즉 태양전지모듈의 총랴응로 정의되고 있지만, 해외에서는 교류측으로 발전량을 확산하기도 한다. 본 장에서는 직류측을 기준으로 부하설비 용량을 산정하려 한다.

만약 300W의 태양전지 모듈이 18직렬에 20병렬로 설치되어 있다면 전체 태양광발전설비의 용량은 300W × 18직렬 × 20병렬 = 108,000W(또는 108kW)로 정의 된다.

 

태양광발전량을 계산할 때 일사량은 수평면 일사량이 아닌 실제 태양전지 모듈의 입사되는 경사면 일사량을 적용한다.

 

 

 

 

2. 전력설비 손실

 입사된 태양광이 태양전지모듈, 인버터, 접속함, 수배전반설비를 걸치며 전기에너지로 변환되는 일련의 과정 동안 주변 환경, 장비의 특성, 설치 위치에 따라 시스템 손실이 발생하게 된다.

(1) 주변 환경에 의한 손실

 1) 근거리 음영 : 태양광발전설비 주위 나무, 전봇대, 앞단에 설치된 태양광 어레이 등

 2) 원거리 음영 : 주변 빌딩, 상가, 아파트, 산 등 원거리 음영

 3) Soiling : 바람에 의한 태양전지모듈 표면에 쌓이는 먼지

 

(2) 태양광 어레이 손실

 1) 온도 : 높은 온도에서 태양전지모듈의 출력전압 감소에 의한 손실

 2) 직, 병렬로 연결된 태양전지모듈 출력이 동일 특성이 아닌 경우 발전설비 사이의 미스매칭으로 인하여 접속함 내부 역저지 다이오드에서 전기에너지가 열에너지로 변환하여 전력손실이 발생한다.

 3) 태양전지모듈과 태양전지모듈 사이, 태양광 어레이와 접속함 사이, 접속함과 인버터 사이에 발생하는 DC선로 전압 강하

 

 

 

 

(3) 인버터 손실

 1) DC에서 AC변환 손실

 2) 인버터 내부의 온도 상승으로 인한 손실 발생

 

(4) AC측 손실

 1) 변압기의 철손과 동손

 2) 전기실에서 계통으로 연결되는 AC선로 손실

 

(5) 기타

 1) 북반구의 경우 태양광 어레이가 정남으로 설치될 수 없는 지형이나 건물위에 설치될 경우 손실이 발생한다.

 2) 위도와 기후에 따라 발전부지의 최적 태양광 어레이의 경사각이 결정된다. 하지만 주변환경(벽면, 또는 경사면에서 설치하는 경우) 또는 많은 용량을 설치하기 위해 경사각을높이거나 낮추는 경우도 손실이 발생한다.  

 

모듈의 오손은 2.5%, 모듈의 온도에 의한 손실은 3.5%, 음영(그림자)에 의한 손실은 2%, 불일치와 DC손실은 3.5%, MPP 불일치 오류는 1.5%, 인버터 손실은 7.5%,  AC손실, 계량기손실은 3%로 손실중에는 인버터 손실이 제일 크다. 인버터 중에서도 무변압기 타입보다 변압기 타입 인버터가 인버터 내부 변압기의 철손과 동손으로인해 손실이 더 크므로 요즘 나오는 거의 대부분의 인버터는 무변압기 타입 인버터를 사용한다.  

 

3. 태양광발전시스템 이용율

(1) 태양광발전 단위

 태양광발전소의 발전특성을 나타내는 용어로 발전시간이라는 표현을 사용한다. 발전시간이란 태양광발전소의 생산성과 관계되는 단어이다. 100kW 용량의 발전소의 발전시간이 3.5kWh/kWp/day이라는 것은 발전소 용량인 100kW로 3.5시간동안 태양광발전을 수행할 수 있다는 것이다. 그래서 태양광발전소의 발전 단위를 "kWh/kWp"라고 한다.

 

 1일 : kWh/kWp/day

 1달 : kWh/kWp/month

 1년 : kWh/kWp/year or kWh/kWp

 

위에 설명한 발전소의 3.5시간을 발전시간 단위로 설명하면 " 3.5kWh/kWp/day"로 표현 할수 있다.

 

(2) 태양광발전 이용률

 태양광발전시스템 이용률은 태양광발전시간을 24시간으로 나눈 값으로 전체 발전시스템을 일간, 월간, 연간으로 보았을때 전체 설치용량에서 몇%로 운영 되었는지를 표시하는 단위로 계산은 다음과 같다.

 

 3.5kWh/kWp/day의 이용률 = 3.5/24 × 100 = 14.58%

 

이용률은 14.58%로 나타낸다. 

 

4. 경제성 분석 기법

 1) 순현가(net present value, NPV)

 - 순현가 분석은 사업의 경제성을 분석하는 기법 중 하나로 일반적으로 순현가가 "0"보다 자긍면 사업안을 기각하고 "0"보다 크면 타당성이 있는 사업으로 판단

 - 순편익 방법의 가장 중요한 사항은 할인율을 결정하는 것으로 금회 검토 시 2.0%, 4.0%, 6.0%, 8.0%의 할인율에 대하여 비교, 검토

 - 장점 : 적용이쉽고, 결과난 규모가 유사한 대안을 평가할 때 이용된다. 각 방법의 경제성 분석결과가 다를 경우 이 분석 결과를 우선으로 한다.

- 단점 : 투자사업이 클수록 나타난다. 자본투자의 효율성이 드러나지 않는다.

 

 2) 비용, 편익비(Benefit-cost raito, B/C)

- 비용,편익비는 가장 통상적인 평가방법으로 어느 시점으로 할인된 편익과 비용의 비율로서 NPV와 같이 산출

- 일반적으로 B/C는 1.0보다 크면 경제성 측면에서 사업성이 높은 것으로 평가된다.

- 장점 : 적용이 쉽다, 결과난 규모가 유사한 대안을 평가할때 이용 된다.

- 단점 : 사업규모의 상대적 비교가 어렵다, 편익이 늦게 발생하는 사업의 경우 낮게 나타난다.

 

3) 내부수익률(IRR)

 - 내부수익률은 편익과 비용의 현재가치를 동일하게 할 경우의 비용에 대한 이자율을 산정하는 기법을 말함

 - NPV와 IRR은 서로 다른 경제성의 결론에도달

 - 장점 : 투자사업의 예상수익률의 판단할 수 있다, NPV나 B/C 적용시 할인율이 불분명할 경우에 이용된다.

 - 단점 : 짧은 사업의 수익성이 과장되기 쉽다. 편익발생이 늦은 사업의 경우 불리한 결과가 발생한다.