태양광 발전 정보

 

 

 

여행을 하려면 여러가지 장비가 필요한데요.

그중에서도 생활용품(선풍기,히터,밥솥 등등)을

사용하려면 동력이필요합니다.

그래야 용품을 사용할수가 있어요.

태양광 발전을 만들어서 사용해보도록할게요.

 

 

 

소형 TV 와 전등을 사용할 경우 필요한것...
소형 TV 와 LED 전등을 사용하고자할때 어느 정도가 필요한가?
예를 들면 삼성 22인치 LCD TV 의 경우 소비전력이 55W 입니다.
그러면 하루에 TV를 5시간 시청할 경우 55X 5 = 220W의 전기가 필요합니다.
그리고 5W LED 전등을 한 개를 10시간 사용 한다면 5X10= 50W 가 필요합니다.
이를 모두 합치면 220 +50 = 270 W 의 전기를 발전해야 합니다.
하루 평균적인 발전 시간을 4시간으로 계산하면 기본적으로 80W 의 태양전기 발전 시스템이 필요합니다.
이때 필요한 것은 80W 태양전지판, 12V 10A 의 콘트롤러, 12V 30 -40 A 의 배터리, 400W 급의 인버터, 그리고 LED 전등 세트가 필요합니다.
 
 

소규모 태양광 발전의 이해
태양광 전지는 무한한 에너지인 태양열을 이용하여 전기를 만드는 친환경 발전시스템이다.
태양광 전지는 일반기계와 달리 지속적인 유지보수를 할 필요가 없고 내구성이 우수하여 오랜 수명을 가진 우수한 발전시스템이다. 다만 아직까지 태양열 전지판이 다소 비싼 것이 흠으로 지적되고 있으나 가격 또한 지속적으로 내려오고 있다.
소규모 태양광 발전의 경우 일반전기가 들어가지 않는 산간벽지나 야외에서의 활동 경우, 또는 무인으로 운용하는 기기의 경우에도 유용하게 전기를 사용할 수 있게 해주는 아주 중요한 역할을 한다.
우리나라에서도 지금까지 농촌등에서 태양열을 이용한 온수 보급시스템이 많이 보급되기도 하고, 기업규모로 대규모 태양열 발전단지는 곳곳에 만들어지고 있지만, 소규모 개인들을 위한 태양광 발전을 위한 시스템은 등한시 되어 왔다.
이 글은 태양광에 관심을 가진 개인들을 위하여 기초적인 이해를 돕고자 작성된 것이다.

 

태양광 발전의 시스템 구성요소
태양광 전지판(solar panel)을 이용하는 태양광 발전시스템은 4가지 주요 요소로 구성된다.
이 4가지는 태양광 판, 콘트롤러, 배터리 그리고 인버터이다.
태양광 전지판은 태양열전기 발전시스템의 핵심으로 배터리에 전기를 충전하는 역할을 한다.
여러 개의 태양열 모듈을 연결하면 태양열 연결판이 만들어지고 보다 많은 전기를 만들어 낼수 있다.
콘트롤러는 재생 에너지 시스템에서 만들어지는 볼트(Voltage) 를 조절하는 중요한 요소이다. 이는 배터리가 과충전이나 저충전되는 것을 방지해주고 배터리 수명을 최대한 유지시키게 해준다. 그리고 배터리는 태양열 판에 의해 만들어진 전기 에너지를 저장하는 역할을 한다. 원칙적으로 태양열 전기는 배터리를 통하지 않으면 기기를 손상시키는 과 볼트를 만들어 낸다.
배터리는 전기를 필요한 시기에 사용할 수 있도록 에너지를 공급해주는 역할을 한다.
마지막으로 중요한 요소는 인버터(Inverter)이다. 인버터는 배터리에 저장된 DC 전기 에너지를 변환시켜 일반 가정에 사용하는 AC 전기( 직류 전기)로 만들어 주는 역할을 한다.

1. 태양광 전지판 (Solar Panel)
태양광 전지판은 표면에 빛이 닿으면 전기가 발생하여 전류가 흐르도록 하는 특성을 이용한 것으로 태양열을 전기를 만들어주는 역할을 한다. 하지만 만든 전기를 저장하는 기능은 없다. 그러므로 반드시 전기를 저장해주는 장치가 필요하다. 이 장치로는 축전지 즉 배터리가 필요하게 된다.
일반적으로 태양광 전지판은 내구성이 우수해 수명이 보통 20년 정도는 된다.
맑은 날씨의 경우 1평방미터당 약 1KW 의 전기가 전지판에 들어노는데 이를 전기로 만들어내는 효율은 전지판에 따라 다르지만 약 10-15% 정도의 전기를 만들 수 있다.
즉 가로 세로 1 미터의 전지판의 경우 대략 시간당 100-150 W 의 전기를 만들어 낼 수 있다고 보면 된다.
자기에게 필요한 전기량을 만들기 위해서는 어느 정도 크기의 태양열 전지판을 가져야 하는지 가늠해 볼 수 있다.
우리나라의 경우 평균적으로 유효한 태양열 사용시간은 하루에 3-4시간 정도로 보면 된다
가로세로 1미터의 전지판을 가지고 있으면 하루에 300-450W 정도의 전기를 만들어 낼 수 있다고 보면 된다.
그리고 야간의 경우는 태양이 없으므로 발전은 이루어지지 않으며, 흐린 날씨나 어두운 하늘의 경우도 거의 발전이 이루어지지 않는다.
원하는 규모의 전기를 얻기 위해서는 태양열 전지판을 여러 개 병렬로 연결하여 원하는 규모의 전기를 만들 수 있도록 해야 한다.

2. 충전 콘트롤러( Charge Controller)
콘트롤러는 태양광 전지판에 의해 만들어지는 전기의 볼트를 조절해주는 중요한 장치이다. 콘트롤러의 기능은 전기가 과충전되거나 저충전되는 것을 방지해주며, 또한 배터리의 수명을 최대로 유지시키도록 해준다.

3. 배터리
배터리는 태양광 전지판이 만들어내는 전기를 저장하여 사용할 수 있도록 해주는 기능을 한다. 배터리는 전기를 DC (직류전기) 로 저장하며 보통 12V, 24V, 48V 의 축전지를 주로 사용한다.
배터리를 선택할때는 태양광전지의 최대 동작시 전류가 5A (암페어) 라면 50-100 A( 암페어) 정도의 배터리를 사용해야 한다.
사용하는 전기 기기가 12V 를 사용하는 기기라면 태양광 전지판, 콘트롤러, 배터리 3가지만 있으면 된다.
그러나 가정에서 사용하는 AC 전기 기기를 사용하려면 여기에 인버터를 추가해야 한다.

4. 인버터(Inverter)
인버터는 DC 전기를 AC 전기로 만들어주는 장치이다.
사용하는 기기가 일반전기를 사용한다면 배터리에 인버터를 연결 시켜 주어야 한다.
인버터는 방출되는 전기의 질과 와트(Watt) 에 의해 구분된다.
예를 들면 50와트짜리 인버터는 12V 자동차 플러그에서 노트북 컴퓨터를 연결하여 사용할수 있고, 1000-4000 와트 정도이면 일반 가정에서 사용하는 전기기기를 사용할 수 있다.
컴퓨터나 TV 등을 사용할 경우에는 기기에 표시된 와트수를 확인한 후 기기에 맞는 인버터를 사용하면 된다.
기타 관련부품:
4가지 기본 부품이외에 연결전선, 절연장치, 회로 차단기, 휴즈등이 완전한 시스템을 구성하기 위해 필요한 부품들이다.
 

 

태양광 발전 시스템의 용량계산 - 독립형
필요한 태양광 발전용량 계산을 하기 위해서는 먼저 필요한 전기 용량을 알아야 하므로 다음 사항이 필수적입니다.
1) 전기제품의 소비전력 : 사용하려는 전기제품의 W(와트)가 얼마인가?
2) 사용전압(DC,AC) : 사용하는 전기의 종류? 즉 직류인가 교류인가?
3) 일일 사용시간 : 하루에 몇시간을 사용하는가?
4) 부조일수(장마대비 대기일수) : 태양광이 없는 날수?

<사용 예>
삼파장 램프 AC220V 20W 전구를 야간에 8시간 사용하고 해가 없는 날에
5일정도 사용 할 수 있게 구성할려면?

1. 태양전지 모듈의 선택
  20W(부하전력) x 8HR (사용시간) = 160Wh (하루 소비전력)
  160Wh(일소비전력) / 4시간 (1일 평균 일조시간) = 40W ( 생산량 )
  40W(생산량) x 1.15(모듈의 발전효율 감안 15% UP ) = 46W (태양전지 모듈)
  일 소비 전력에 필요한 모듈 50W ( 기성품 25W, 50W, 75W )

2. 콘트롤러의 선택
  시간당 소요되는 전류의 양에 따라 선정할 수 있으며 입력 전류와 출력 전류중
  큰 전류에 맞추어 선정을 하여야 합니다. 그리고 야간에 보안등 개념으로 갈 경우 라이팅제어 기능이 있는 제품을 선정 하셔야 합니다.
  입력 전류
      50W (태양전지 모듈) / 17.3V(DC) = 2.9AH (IOP)
  출력 전류
      20W(부하전력) / 12V(DC) = 1.7AH
  그러므로 3AH 이상의 종류로 선택 하시면 됩니다.

3. 인버터의 선택 ( DC -> AC 220V )
  출력 부하전력 (20W) 을 기준으로 선정하면 기성품중 신뢰성이 있는 제품으로 선정

4. 배터리의 선택
  160W( 일 소모전력) / 12V = 13.3AH (일 소모전류)
  13.3AH(일 소모전류) x 5일(부조일수) x 1.2 (배터리 효율 감안 20% UP) = 80AH (배터리용량)
  ** 배터리의 특성별 충전전압 및 사용년도, 방전특성이 상이하므로 전용 배터리 사용을 추천 합니다. 저율 방전용 배터리를 사용하시면 됩니다. Sealed Type, Gel Type, MF type, Deep Cycle Type
 

 

태양광과 AC 전기를 병행으로 사용하는 방법
태양광 발전의 기본적인 구성은
태양광발전 -> 콘트롤러 -> 배터리 -> 인버터 -> 220V 입니다.
여기서 태양광으로 발전된 전기와 일반 한국 전력의 전기을 같이 사용하는 경우를 살펴보겠습니다.
이 방법은 2가지가 있는데,
첫째 배터리에서 출력을 낼수 있을때는 인버터에서 나오는 전기를 사용하다가 배터리가
어느 정도 방전되면 자동으로 일반전기의 전원으로 전환되게끔 하는 방식과
두번째는 한국전력과 협의하여 일반 전원에 태양광 발전전기를 병렬로 연결하고, 조금 특이한 계량기를 부착하여 사용하는 방법도 있습니다.
이 경우 태양광 발전출력이 소비전력보다 높으면 계량기 수치가 역으로 회전하여 한전으로 부터 발전비용을 돌려 받을수 있습니다
 

태양광 발전시스템의 종류
태양광발전시스템에는 독자적으로 발전하여 사용하는 독립형 시스템(Stand Alone System)과 한전과 연계하여 발전된 전기를 판매할수 있는 계통연계 시스템(Grid-Connected System)이 있습니다.
<독립형 시스템 : Stand Alone System>
독립형 시스템은 외딴 섬이나 산간지역과 같이 전기가 들어오지 않는 지역에서 태양광발전으로만 전기를 생산하는 시스템입니다.
독립형 시스템은 전기를 발전하는 태양광모듈, 전압을 조정해주는 콘트롤러, 심야나 악천후에도 전기를 쓰기 위해서는 발전된 전기를 저장해 주는 축전지(battery), 그리고 발전된 직류전기(DC)를 일반 가정에서사용하는 교류(AC)로 변화해주는 인버터(inverter)등 4가지로 구성되어 있습니다.
<계통연계 시스템 : Grid-Connected System>
계통연계 시스템은 태양광발전으로 얻은 전기와 한전에서 공급하는 전기를 함께 사용할수 있는 시스템입니다.
심야나 악천후처럼 태양광발전으로 전기를 공급받을 수 없을 때에는 기존의 전력시스템으로부터 전기를 공급받습니다. 또는 태양광발전으로 얻은 전기가 남을 경우에는 거꾸로 전력시스템으로 보내줄 수도 있습니다. 따라서 계통연계 시스템은 전기를 저장할 축전지가 필요하지 않습니다
 

태양광 발전 시스템의 용량 계산 2

제품별 사용량의 계산
태양광 전지 판넬.
  1. (부하 소비 전력)　____ W × (사용시간)　___ 시간 = (1일 소비 전력) ____ Wh
  2. (1일 소비 전력) ___Wh / 3.5시간(1일 평균 일조 시간) = (필요 발전량) ____ W
  3. (필요 발전량) __ W × 1.15 ( 태양전지 판넬의 발전 효율 ) = (필요 태양전지 판넬) ____ W
  4. (1일의 소비 전력에 필요한 태양전지 판넬) = ____ W
  5. (1일의 소비 전력에 필요한 태양 전지판) ____ W × (태양광 없는 날의 사용일 수) __ 일 = ____ W(일)
  6. ( 필요한 태양전지 판넬 총 합계) = ____ W / ___ W ( 태양전지 판넬의 1매당 용량(W) = ____ 매

 

DC-AC인버터
  AC220V를 사용하는 경우에 배터리로부터 접속해 사용하며 , 부하의 용량, 사용하는 전기 제품의 종류에 맞추어 인버터를 사용합니다.

 

콘트롤러
    태양광 전지판의 총 용량으로 입력 용량을 결정합니다.
    사용하는 부하의 용량에 의해 출력 용량을 결정합니다.
    일반적으로 , 직류의 부하를 사용하는 경우는 방전 기능도 사용할 수 있는 충방전 콘트롤러를 선택합니다.
    교류의 부하를 사용하는 경우는 배터리로부터 인버터에 이어 부하를 사용하기 때문에 콘트롤러는 충전만 사용할 수 있는 충전 콘트롤러를 선택합니다.

 

배터리
(1일 소비 전력) __ Wh × (태양광 없는 날의 사용일 수) __ 날 / 0.8 (배터리 방전 효율) ÷ 12V = (필요 배터리 용량) __

 

태양전지 판넬의 발전량과 사용 가능한 전기 량의 계산.

1. 태양 전지 판넬의 용량 계산 ( 태양 전지 판넬의 용량 : 태양전지 판넬의 용량의 크기는 각 제품에 표시되고 있습니다.)

   태양전지 판넬의 발전 전력량 (W) / 1.15 ( 태양전지 판넬의 발전에 의한 손실 ) = 실제 태양전지 판넬의 전력량( W )
   계산 : 최대 출력( Pmax ) 65w / 1.15 ( 태양전지 판넬의 발전에 의한 손실 ) = 56.52 ( W )

   1일의 실제 발전량
      1일 평균 태양광 충전 시간 약 3.5시간 /일 (계절과 기후, 위치에 따라서 변동이 있습니다.)
      실제 발전량( W ) x 3.5( 시간 ) = 1일 발전량 ( W )
      계산 : 56.52( W ) x 3.5 ( 시간 ) = 197.82 ( W )

2. 배터리의 풀 충전 시간 계산 방법.
[보기]
   산업용 배터리 12V 25A ( 12V x 25A =300W )
   사용배터리 용량( W ) / 1일 발전량( Wh ) = 충전 날짜( day )
   계산 : 300( W ) / 197.82( W ) = 1.51( day )

3. 배터리에 충전된 전기의 사용시간 계산 방법.(배터리의 특성에 따라서 변동됩니다. )
   ( 배터리 용량 : 12v 30A ) 300(W) x 0.8 ( 배터리 효율 ) = 실제 배터리 용량(W)
   계산 : 300(W) x 0.8 = 240(W)
   @ DC(직류)로 사용했을 경우
   실제 배터리 용량 / 사용하는 전기제품의 소비전력 = 사용 가능시간
[보기]
   DC 12V용 30W 전등
      계산 : 240W / 30W = 8시간

      @ AC 220V 교류에서의 사용
   ( 실제 배터리 용량 / 1.1 [ 인버터 효율] ) / 사용하는 전기제품의 소비전력 = 사용 가능시간
   계산 : ( 240W / 1.1) / 30W = 7.27 시간
   계산방법과 효율등의 수치는, 제품의 종류와 설치 조건에 따라 변동이 있을수 있습니다.

 

태양광 패널과 콘트롤러 등에 사용되는 전기용어

태양광 패널과 콘트롤러 등에 사용되는 전기용어의 설명입니다.

정격전류: 기기가 정상적으로 작동되고 있을때 소모되는 전류를 정격전류라고 합니다.
일반적으로 암페어(A)로 표시됩니다.

 

단락전류: 전선을 합선시켰을 때 흐르는 전류

허용전류: 전선에 흐를 수 있는 최대치의 전류

부하전류: 부하에 소비되는 전류

 

* 정격전류(A)= 소비전력 / 전압

예를 들어, 220V 전압에 800 W 의 기기를 사용한다면 정격전류(암페어)는    3.636 A 가 됩니다.

800 W
----------- = 3.636 A
220 V
 

태양전지의 연결사용
사용하려는 용도에 따라 태양전지판을 연결하여 사용하게 됩니다.

직렬연결: 일반 건전지를 연결하는 방법과 동일합니다. + 극과 - 극을 차레로 연결하면 직렬연결이 됩니다.

예를 들어 2V 120 ma 전지를 2개 직렬연결한다면, 4V 120ma 가 됩니다.

병렬연결: 동일한 극끼리 연결하면 병렬연결이 됩니다. 그러면 전압은 그대로이고 전류만 늘어나게 됩니다.
병렬로 연결한다면 전압은 2V 그대로 이면서 전류만 120ma 의 두배인 240ma 가 됩니다.

 

A-Si 태양전지의 특성
이 A-Si 태양전지는 야외용 태양전지이며 태양전등,충전기, 잔디등, 램프등 일반적인 용도로 널리사용되고 있습니다.
일반 폴리 실리콘 태양전지가 강한 태양빛을 받아야 하는 반면, A-Si 태양전지는 반사되는 빛, 구름에 가려진 빛에 도 작동을 하는 우수한 특성을 지니고 있습니다.

또한 실내용 A-Si 태양전지는 전기불빛에서도 작동을 하므로 계산기,리모콘,장남감,시계,게임기등에 사용되고 있습니다. 

 

 

밤과 낮을 구분하는 놈 : 광센서(cds센서)