태양광 발전소 운영

태양광발전소를 설치하기 위해 고려해야 하는 부분은 그나마 좀 알려져 있지만, 설치 후에 운영하는 부분에 대한 정보는 얻기가 매우 어려운 것이 현실이다. 몇몇 서적에서 알려주고 있기는 하지만 과거에 작성된 것이 많아 현실과 차이가 있는 경우가 있고, 태양광 설비 업체의 경우에는 영업을 위해 사후 관리가 필요 없다고 주장하는 경우가 있가.

이런 상황이다 보니 전문적 지식이 없는 경우 도시전설이나 다름없는 그렇다더라는 이야기를 퍼뜨리는 경우가 많다.

필자의 경우에 태양광발전소를 보유하고 있고 계속 증설하고자 하는 중소기업의 대표이사와 이야기를 하는 동안 실제 태양광발전소 보유자가 시스템에 대한 이해가 전혀 없이 마치 완전 자동화 되어서 아무것도 안해도 되는 것으로 이해하고 있는 등 현실과 괴리를 보이는 경우가 있어서 정리하고자 한다.

관리를 하지 않고 버려진 태양광 발전소의 사진이라고 한다.

1. 인버터

태양광발전소에서 가장 큰 문제는 인버터라는 설비이다. 또한  동작정지와 같은 문제가 자주 발생할 수 있기 때문에 신중한 선택이 필요하며 특히 대용량 태양광 발전소에서 더 중요하다.

1) 인버터(Inverter):

인버터는 직류(DC)로 발전 되는 태양광 발전소의 전력을 일반 전신주를 통해 송전하고 사용하기 위해서 고압의 교류(AC)로 변환해주는 장치이다. 교류전압은 220V(단상), 380V(3상), 혹은 그 이상의 전압(100kw~20MW까지는 9kV, 20MW이상 시 154kV)가 정해져 있다.

• 인버터 효율: 인버터는 전력을 변환하는 과정에서 손실이 발생하는데, 전력손실은 직접적으로 수익성에 연관된다. 일반적인 인버터 효율 98%와 저가형 인버터 95%~97%의 발전 수익은 상당한 차이로 나타날 수 있다. 태양광발전이 생산비용이 거의 없다는 점을 고려하면 인버터의 효율 1%는 수익률 1% 차이로 직접 나타날 수 있다.
• 인버터 비용: 일반적으로 인버터는 총 공사비용의 10%미만으로 소요된다. 20% 비싼 고효율 인버터를 사용하여도 총 공사비는 2% 차이가 나기 때문에 효율과 안정성을 위해서는 고품질의 인버터를 사용하는 것이 좋다.
• 인버터 고장 : 인버터는 초기 고장률이 높은 제품으로 태양광발전소가 1년내 문제가 발생하는 확률이 50%인데, 그 중 인버터 문제는 84%에 달한다.
• AS기간: 태양광 인버터의 AS기간은 보통 3년을 기준으로 추가비용 지불할 경우 연장할 수 있다.
• 고장: 전력소자의 경우 사용수명이 매우 높게 설정되어 있고 고장 발생확률이 높지만 인버터의 경우 직류를 교류로 바꾸어 주는데 필요한 반도체 소자 및 캐패시터 등의 초기 불량이 문제가 된다.
• AS수준: 실제적으로 3년 AS기간이면 초기 불량의 문제를 해결 할 수 있다. 하지만, 인버터가 고장 날 경우 수익을 창출 할 수 없기 때문에 고장을 빠르게 확인하고 대응하여 교체 해 줄 수 있는 신뢰성 높은 업체를 선택하는 것이 중요하다.

2) 운영기간 중 인버터 문제

• 트립: 인버터에 입력되는 전압이 너무 낮거나 너무 높을 경우 인버터는 트립(자동차단)이 발생하게 된다. 이는 인버터가 일정시간 동안 동작을 안하는 경우도 있고 심각할 경우에는 리셋을 해야 하는 경우가 발생한다. 특히 하절기 기온이 높을 경우 태양광패널의 전압이 낮아져 발생하는 경우가 있는데 이럴 경우에는 전력 판매가 불가하여 경제적 손실이 발생 할 수 있다.
• 운전불량: 최근 인버터는 마이크로 프로세서를 장착하고 최적 운전을 하도록 조정되는 경우가 많지만 이는 운전 오류가 발생할 수 있는 요소가 있다. 경우에 따라서 오동작을 하게 될 경우에는 직접적인 리셋 작업을 수행해야 하는 경우가 있다.
• 청소: 옥외에 설치되는 인버터의 경우 먼지 또는 습기가 누전의 원인 및 인버터 부품의 온도상승으로 인한 효율 저하를 일으킬 수 있으므로 관리가 필요하다.

2. 태양광 패널 관리

1) 태양광 패널의 물리적 관리:

• 파손: 태양광 패널의 제조상의 문제로 인한 파손도 발생하지만 무인으로 운영되는 특징상 장난으로 돌을 던지거나, 주변 공사 등에 따른 낙하물로 파손 되는 경우가 발생한다. 이럴 경우 빠른 교체가 필요하다.

• 핫 스팟: 태양광 패널은 온도에 따라 효율이 변화 되는데 특이하게 일정 부분이 고온으로 나타나는 경우가 있다. 이런 경우에는 패널의 불량이므로 교체가 필요하다.

2) 환경 및 기후에 따른 관리:

• Soiling: 흙먼지, 황사, 송화가루, 낙엽 등이 패널에 붙어 효율을 떨어트리는 경우가 발생한다. Soiling 라고 통칭하여 부르는데 우리나라에서는 계절적 요인이 강하다. 계절별로 적절한 청소를 하는 것이 필요하다. 해외에서는 패널의 재료기술을 발전시켜 이런 soiling을 줄이는 방법을 개발 중인 업체들이 많다.

• 눈: 역시 soiling 으로 분류 되는 눈이다. 눈의 경우 패널을 가리 상태로 장시간 존재할 수 있으며 겨울철에는 태양광 발전 효율이 높아 적극 활용해야 함에도 눈 때문에 경제적 손실을 입을 수 있다.

• 그늘: 주변의 상황이 변함에 따라 발생하는 문제이다. 주변의 나무가 자라서 그늘을 만들기도 하고, 건축물이 들어서면서 그림자를 만들기도 한다. 우리나라의 경우 산림법에 의해 태양광 발전을 위한 가지치기 등이 어려운 경우가 있으므로 초기에 충분한 대비를 해야 한다. 건축물로 인한 그림자의 경우 직접적인 재산권 침해이지만 보상액 산정 등이 어려운 태양광 발전의 특징상 손해를 입을 수 있다.

3) 온도 관리

•  온도: 태양광 패널은 온도가 높을수록 효율이 올라가는 특성을 가지고 있다. 25도를 기준으로 온도가 1도 상승 할 때마다 MPP(Maximum Power Point)의 전력이 -0.45%씩 낮아지게 된다. 해외에서는 일사량은 많지만 기온이 높은 장소에 태양광발전소를 건설할 경우 태양광 패널에 냉각수를 흘려서 온도를 낮추어 효율을 확보하는 방식을 사용하기도 한다.

3. 관리용역

건물 지붕이나 주차장에 태양광 발전 설비를 설치하는 경우를 제외하고는 일반적으로 태양광 발전소와 그 소유자는 지리적으로 멀리 떨어져 있는 경우가 많다. 반면 최근 각종 통신시설의 발달로 원격지에서도 태양광 발전소의 상태는 쉽게 확인이 가능하게 되었다.

최근 많이 사용되는 방식은 태양광 발전소가 밀집한 지역(1시간~3시간 거리)에서는 태양광 발전소들이 공동으로 관리자를 선정하여 다수의 발전소 관리를 시키기도 한다. 또는 방범업체(S1, KT텔레캅, ADT캡스 등)를 통해 보안 장치와 CCTV를 설치하고 간단한 청소, 인버터 리셋 등을 맞겨서 처리하기도 한다.

4. 결론

태양광 발전소는 상주인원이 필요 없고 전력 생산에 필요한 부가 비용이 없는 특징을 가지고 있다. 하지만 가끔씩 발생하는 트립 복구나 청소 등을 통해 더 효율적으로 발전소를 운영할 수 있는 여지가 있다. 소규모 태양광발전에서는 이러한 비용이 발전량 증가에 따른 수익에 비해 높기 때문에 적용할 수 없지만 일정 규모가 넘어가면 적극적으로 관리를 하는 것이 수익성을 높이는 방법이다.