그리드 타이 태양광 인버터: 유형, 사양 및 규정 준수 가이드 | 유니즈솔라

그리드 타이 인버터란 무엇입니까?

태양광 패널은 직류(DC) 전기를 생산하지만 집, 사무실 및 전력망은 모두 교류(AC)로 작동합니다. 그리드 연결 인버터는 이러한 격차를 해소합니다. 이는 태양광 어레이의 DC 출력을 그리드 호환 AC 전력으로 변환하고 해당 출력을 유틸리티의 전압 및 주파수와 동기화하며 시스템과 네트워크 간의 전기 흐름을 관리합니다.

일반적인 온그리드 태양광 설치는 세 가지 핵심 요소로 구성됩니다. 즉, 햇빛을 포착하는 PV 어레이, 주거용 및 상업용 태양광 시스템용 그리드 연결형 인버터 전력을 변환하고 관리하는 시스템과 그리드에서 끌어오는 에너지 양과 다시 내보내는 에너지 양을 정확히 기록하는 양방향 스마트 계량기입니다. 독립적으로 작동하기 위해 배터리 뱅크에 의존하는 독립형 시스템과 달리, 그리드 연결형 설정은 유틸리티 네트워크를 버퍼로 사용합니다. 즉, 태양광 출력이 부족할 때 전력을 끌어오고 생산량이 수요를 초과할 때 잉여 전력을 다시 공급합니다.

이 아키텍처는 그리드 연결 시스템을 특히 안정적인 그리드 액세스가 가능한 도시 및 교외 지역에서 가장 비용 효율적이고 널리 배포된 태양광 설치 유형으로 만듭니다. 지속적인 전력을 유지하기 위해 값비싼 배터리 저장이 필요하지 않으며 사용자가 그리드에 반환하는 전기에 대해 신용을 부여하는 순 계량 프로그램을 통해 경제성이 더욱 향상됩니다.

그리드 타이 인버터의 작동 방식

고효율 PV 패널 햇빛의 강도, 온도, 음영에 따라 전압과 전류가 지속적으로 변하는 DC 전기를 생성합니다. 인버터의 첫 번째 작업은 변동하는 입력을 안정적이고 사용 가능한 것으로 조정하는 것입니다. 내부적으로 입력 단계는 원시 DC를 필터링하고, 인버터 브리지는 고속 스위칭 트랜지스터(일반적으로 IGBT)를 사용하여 AC 파형을 시뮬레이션하며, 출력 필터는 결과를 그리드 표준과 일치하는 깨끗한 사인파로 평활화합니다.

이 변환 프로세스와 병행하여 실행되는 것은 MPPT(Maximum Power Point Tracking)입니다. 태양광 패널은 고정된 출력으로 작동하지 않습니다. 전력 곡선은 조건에 따라 이동하며 가능한 가장 높은 전력량을 생성하는 특정 전압-전류 조합이 항상 존재합니다. MPPT 알고리즘은 지속적으로 패널 어레이를 샘플링하고 인버터의 작동 지점을 조정하여 해당 피크를 유지합니다. 실제로 잘 구현된 MPPT 시스템은 특히 부분 음영 또는 패널 방향이 혼합된 시스템에서 최적이 아닌 패널 조건으로 인해 손실될 수 있는 몇 퍼센트의 에너지를 복구할 수 있습니다.

세 번째이자 가장 안전에 중요한 기능은 그리드 동기화입니다. 인버터가 단일 와트를 내보내기 전에 그리드의 전압, 주파수 및 위상을 고정해야 합니다. 불일치가 발생하면 간섭이 발생하거나 최악의 경우 장비가 손상될 수 있습니다. 최신 인버터는 시동 후 몇 초 내에 이러한 잠금을 달성하고 그리드 매개변수를 지속적으로 모니터링합니다. 결함, 유지 관리 작업 또는 정전으로 인해 전력망이 다운되면 인버터는 손실을 감지하고 즉시 출력을 차단합니다. 이 단독운전 방지 보호 유틸리티 작업자가 전원이 끊겼다고 가정하는 실수로 시스템에 전원이 공급되는 것을 방지하며 전 세계 모든 주요 그리드 상호 연결 표준에 따른 필수 기능입니다.

그리드 타이 인버터의 유형

모든 그리드 연결 인버터가 동일한 아키텍처를 공유하는 것은 아닙니다. 올바른 토폴로지는 시스템 크기, 지붕 레이아웃, 차광 조건 및 예산에 따라 다릅니다. 네 가지 주요 유형은 각각 비용, 성능 및 유연성 간에 서로 다른 균형을 유지합니다.

유럽의 대부분 주거용 설치에서는 스트링 인버터가 기본 선택으로 남아 있습니다. 이는 성숙한 기술이고 설치가 간편하며 잘 지원됩니다. 패널 수준 최적화를 위한 마이크로 인버터 차양이 불가피한 지붕창, 굴뚝 또는 다중 피치 지붕이 있는 주택에서 점점 인기가 높아지고 있습니다. 전력 최적화기는 실용적인 중간 지점을 차지합니다. 즉, 전체 마이크로인버터 시스템보다 낮은 총 비용으로 패널 수준 MPPT 성능을 제공하는 동시에 주 변환 하드웨어를 중앙 집중식으로 유지합니다.

비교할 주요 사양 및 기능

인버터 데이터시트는 밀도가 높을 수 있지만 소수의 사양이 주거용 및 상업용 구매자 모두를 위한 대부분의 의사 결정을 주도합니다.

효율성 사용 가능한 AC 출력으로 성공적으로 변환된 DC 입력 전력의 비율입니다. 대부분의 고품질 그리드 타이 인버터는 97%에서 98.5% 사이의 피크 효율을 달성합니다. 더 유용한 벤치마크는 가중 효율성 수치(유럽 효율성(eta_EU) 또는 캘리포니아에서 사용되는 CEC 효율성)입니다. 이는 최상의 사례 피크만 보고하는 것이 아니라 출력 수준의 실제 변화를 설명하기 때문입니다. 10kW 시스템 전체에서 0.5% 효율 차이는 연간 생산량에 측정 가능한 영향을 미칩니다.

MPPT 채널 수는 많은 구매자가 인식하는 것보다 더 중요합니다. 단일 MPPT 인버터는 전체 어레이를 하나의 전기 장치로 취급하므로 한 스트링의 음영 또는 오염이 모든 것에 영향을 미칩니다. 2개 이상의 독립적인 MPPT 입력이 있는 인버터를 사용하면 서로 다른 루프 섹션(또는 패널 수가 다른 스트링)을 개별적으로 최적화할 수 있습니다. 지붕면이 두 개 이상인 설치의 경우 다중 MPPT를 적극 권장합니다.

IP 등급과 작동 온도 범위에 따라 인버터를 실외에 설치할 수 있는지 여부가 결정됩니다. IP65 등급 장치는 먼지와 물 제트로부터 밀봉되어 노출된 벽 장착에 적합합니다. IP20 또는 IP21 장치는 요소로부터 보호되어야 합니다. 온도가 겨울에 -20°C, 여름에 남향 벽면에서 60°C 사이로 변할 수 있는 유럽 기후에서는 인버터의 최대 전력 작동 범위를 지정하기 전에 확인하십시오.

통신 인터페이스(Wi-Fi, 이더넷, RS485 또는 Modbus)는 인버터가 모니터링 플랫폼 및 건물 에너지 관리 시스템과 통합되는 방식을 결정합니다. 주거용 사용자의 경우 일반적으로 스마트폰 앱을 통한 클라우드 기반 모니터링으로 충분합니다. 상용 사업자의 경우 RS485 또는 Modbus 연결을 통해 현장 SCADA 시스템 및 자동 오류 경고와 통합할 수 있습니다.

재정적, 환경적 이점

그리드 연결형 태양광 시스템의 가장 직접적인 재정적 이점은 유틸리티에서 구매하는 전기의 감소입니다. 낮 시간 동안 태양광 발전은 실시간으로 소비를 상쇄합니다. 모든 잉여분은 전력망으로 흐르고 대부분의 유럽 국가는 해당 수출에 대해 고정 공급 관세, 순 계량 조정 또는 자체 소비 인센티브 등 일정 형태의 보상을 받습니다.

일반적인 순 계량 방식에 따라 스마트 계량기는 그리드에서 끌어오는 에너지와 내보내는 에너지를 모두 기록합니다. 청구 시 내보낸 금액은 소비량에 대해 적립되어 지불하는 순 볼륨이 줄어듭니다. 최신 양방향 스마트 계량기는 교체된 구형 아날로그 회전 디스크 계량기와 달리 이러한 계산을 자동으로 정확하게 처리합니다. 태양광 발전량이 많고 가구 수요가 적당한 달에는 그리드 전기 요금을 거의 0에 가깝게 줄이는 것이 가능합니다.

환경 문제는 간단합니다. 그리드 연결 태양계에 의해 생성된 모든 킬로와트시는 그리드에서 석탄, 가스 또는 석유와 같은 열 생성에 의해 생성되었을 킬로와트시를 대체합니다. 25년의 시스템 수명 동안 중부 유럽의 일반적인 8kW 주거용 설치는 지역 전력망의 탄소 강도에 따라 대략 150~200톤의 CO2를 상쇄합니다. 지속 가능성 보고 의무가 있는 기업의 경우 전력망 연결형 태양광 발전은 측정 가능하고 검증 가능한 범위 2 배출 감소를 제공합니다.

에너지 비용 안정성은 부차적이지만 점점 가치가 높아지는 이점입니다. 유럽의 전기요금은 지난 몇 년 동안 변동성이 매우 심했습니다. 그리드 연결 인버터를 갖춘 태양광 설비는 거의 0에 가까운 한계 비용으로 에너지 공급의 일부를 고정하여 향후 요금 인상으로부터 어느 정도 절연을 제공합니다. 보호 기능을 더욱 확장하려는 사용자의 경우 배터리 저장 장치가 있는 하이브리드 인버터로 전환하는 것이 논리적인 다음 단계입니다. 현재 시장에 나와 있는 많은 스트링 인버터는 전체 시스템 교체 없이 저장 장치 추가 기능을 수용하도록 설계되었습니다.

주거용 및 상업용 설치

그리드 타이 인버터는 두 시장 모두에 서비스를 제공하지만 기본 변환 기능을 넘어서면 요구 사항이 크게 달라집니다.

유럽의 주거용 시스템은 일반적으로 3kW ~ 20kW 범위이며 하나 또는 소수의 단상 또는 3상 스트링 인버터로 처리됩니다. 크기 조정은 일반적으로 간단합니다. 인버터의 정격 AC 출력을 어레이 DC 피크 전력의 80~110%에 맞추는 것입니다. DC 오버사이징으로 알려진 적당한 크기 축소는 태양광 패널이 정격 피크 출력을 동시에 생성하는 경우가 거의 없고 하루 중 대부분을 차지하는 부분 부하에서 인버터 효율성을 향상시키기 때문에 일반적인 관행입니다. 향후 확장이 계획된 경우 DC 입력에 헤드룸이 있는 인버터를 선택하거나 두 번째 장치를 병렬로 추가할 수 있도록 시스템을 설계하십시오. 우리의 가정용 설치용 주거용 태양광 발전 키트 이 결정을 단순화하기 위해 인버터 용량에 미리 맞춰져 있습니다.

상업용 설치에는 추가적인 복잡성이 발생합니다. 100kW 이상의 시스템에는 일반적으로 3상 중앙 인버터, 배전망 운영자(DNO)와의 공식적인 계통 연결 계약, 보호 계전기 설정에 대한 엔지니어링 승인이 필요합니다. 모니터링 요구 사항도 더욱 까다롭습니다. 시설 관리자에게는 일반적으로 성능 보고를 위한 실시간 대시보드, 자동화된 결함 알림 및 과거 생산량 데이터가 필요합니다. 고급 모니터링 플랫폼은 태양광 생산 데이터를 건물 에너지 관리 시스템과 통합하여 자체 소비되는 태양광 전기의 비율을 높이고 그리드 수입 비용을 더욱 줄이는 자동화된 부하 전환 전략을 가능하게 합니다.

두 부문 모두 전기 요금 절감, 수출 수입, 녹색 관세 또는 지속 가능성 인증서에 대한 잠재적 자격 등 동일한 핵심 재무 동인의 혜택을 받지만 투자 회수 일정과 적절한 인버터 아키텍처가 다르기 때문에 주거용 프로젝트와 상업용 프로젝트를 별도로 지정해야 합니다.

설치, 유지 관리 및 문제 해결

계통 연계 인버터 설치에는 실시간 AC 연결과 현지 배전망 운영자와의 공식 통지 또는 승인 프로세스가 포함됩니다. 대부분의 유럽 국가에서 이 작업은 인증된 전기 기술자 또는 자격증을 갖춘 태양광 설치자가 수행해야 합니다. DIY 설치는 일부 관할권에서는 기술적으로 가능하지만 일반적으로 제조업체 보증이 무효화되고 보험사의 요구 사항을 충족하지 못할 수 있으며 일부 시장에서는 자격을 갖춘 전문가가 제출한 DNO 승인 없이는 허용되지 않습니다.

대부분의 전기 장비에 비해 일상적인 유지 관리가 최소화됩니다. 대부분의 설치에서는 부식 여부, 냉각 팬에서 나는 이상한 소리, 장치 주변의 환기 공간이 유지되는지 확인하는 등 주기적인 육안 검사만으로 충분합니다. 제조업체에서 발행한 펌웨어 업데이트는 그리드 코드 준수 업데이트 및 MPPT 알고리즘 개선을 다루는 경우가 많으므로 가능한 경우 적용해야 합니다. 모니터링 데이터는 가장 신뢰할 수 있는 조기 경고 시스템입니다. 계절별 기준과 비교하여 특정 생산량(kWp당 kWh)이 지속적으로 떨어지는 것은 일반적으로 인버터, 배선 또는 패널 자체에서 발생하는 결함의 첫 번째 징후입니다.

일반적인 결함 조건 및 가능한 원인: 햇빛에도 불구하고 아침에 시작하지 못하는 인버터는 일반적으로 인버터의 승인 범위를 벗어난 그리드 전압 또는 주파수 판독값을 나타냅니다. 하드웨어 결함을 가정하기 전에 이웃 공급 장치도 영향을 받는지 확인하십시오. AC 측에서 반복적인 과전압 트립은 약한 그리드에서 태양광 투과율이 높은 지역에서 흔히 발생하며 DNO와 협의하여 인버터의 무효 전력 설정 또는 전압 응답 곡선을 조정해야 할 수도 있습니다. 원격 모니터링에 영향을 미치는 통신 중단은 일반적으로 하드웨어 결함이 아닌 Wi-Fi 또는 네트워크 구성 문제이며, 라우터 설정을 확인하거나 유선 이더넷 연결로 전환하면 해결됩니다.

안전 표준 및 규정 준수

그리드 타이 인버터는 민간 태양광 시스템과 공공 전기 네트워크의 교차점에서 작동하므로 전력 전자 분야에서 가장 엄격한 테스트를 거친 표준 중 일부를 준수해야 합니다. 규정 준수는 선택 사항이 아닙니다. 유틸리티에서는 해당 표준 준수를 입증할 수 없는 인버터에 대한 그리드 연결 신청을 거부하며 태양광 설치에 대한 보험 정책에서도 일반적으로 이를 요구합니다.

북미 시장용 , 두 가지 기본 요구 사항은 UL 1741과 IEEE 1547입니다. UL 1741은 분산 발전에 사용되는 인버터, 컨버터 및 충전 컨트롤러의 전기, 기계 및 열 설계를 다루는 제품 안전 표준입니다. 이는 단독 운전 방지 테스트, 과전류 보호 및 접지 오류 감지를 의무화합니다. IEEE 1547은 시스템 수준에서 상호 연결 및 상호 운용성 요구 사항을 설정합니다. 즉, 인버터가 그리드의 전압 및 주파수 편차에 응답해야 하는 방법을 정의하고 유틸리티 운영자가 분산 발전 자산을 모니터링하고 필요한 경우 축소할 수 있는 통신 프로토콜을 지정합니다.

유럽 시장용 , 동등한 프레임워크는 IEC 62116 및 EN 50549를 중심으로 구축되었습니다. IEC 62116은 전력회사 상호작용형 PV 인버터의 단독 운전 방지 조치에 대한 국제 테스트 절차입니다. 이는 섬을 유지하도록 설계된 균형 잡힌 공진 부하인 최악의 테스트 시나리오를 정의하며 인버터가 상태를 감지하고 2초 이내에 연결을 끊도록 요구합니다. EN 50549(1부 및 2부)는 전압 및 주파수 응답 곡선, 무효 전력 용량 및 인터페이스 보호 계전기 설정을 포함하여 저전압 및 중전압 공공 배전망에 연결된 발전기에 대한 보다 광범위한 요구 사항을 다루고 있습니다. 특히 독일에서는 VDE-AR-N 4105가 저전압 연결에 적용되며 유럽 기준에 더해 국가 요구 사항을 추가합니다. 유럽에서 판매되는 인버터는 이러한 표준의 관련 부분에 대한 적합성 선언을 수행해야 하며 설치자는 설계를 결정하기 전에 특정 모델이 DNO의 승인 장비 목록에 있는지 확인해야 합니다.

구매자를 위한 실질적인 요점: 지정하는 인버터가 일반 CE 마크뿐만 아니라 해당 국가에서 요구하는 인증을 받았는지 항상 확인하십시오. 태양광 인버터의 CE 마크는 제조업체가 자체적으로 적합성을 선언했음을 확인합니다. 하지만 그 자체만으로는 해당 장치가 IEC 62116 또는 EN 50549에 따라 독립적으로 테스트되었음을 확인하지는 않습니다. 의심스러운 경우 공인 실험실의 제3자 테스트 보고서를 찾아보거나 IEEE Xplore의 IEC 62116 단독 운전 방지 테스트 표준 문서 전체 기술 사양을 확인하세요.

자주 묻는 질문

정전 중에 계통 연결 인버터가 작동할 수 있습니까?

아니요. 추가 하드웨어 없이는 불가능합니다. 표준 전력망 연결 인버터는 전력망의 전력 공급이 중단된 것을 감지하면 종료되도록 법으로 규정되어 있습니다. 이러한 단독 운전 방지 차단 기능은 전기가 통하는 전선으로부터 유틸리티 작업자를 보호합니다. 정전 시 백업 전력이 중요한 경우 배터리 시스템을 갖춘 하이브리드 인버터 또는 별도의 독립형 백업 회로가 필요합니다. 많은 최신 스트링 인버터는 하이브리드 업그레이드 경로로 설계되므로 즉시 스토리지를 추가하지 않더라도 설계 단계에서 이를 고려해 볼 가치가 있습니다.

그리드 타이 인버터는 얼마나 오래 지속됩니까?

대부분의 제조업체는 스트링 인버터를 10~12년 동안 보증하며, 연장 보증 옵션은 20년까지 제공됩니다. 실제 서비스 수명은 종종 보증 기간을 초과합니다. 통풍이 잘 되는 위치에 설치된 고품질 장치에 대한 현실적인 기대치는 15~20년입니다. 마이크로인버터는 일반적으로 해당 패널의 예상 수명에 맞춰 25년 보증을 제공합니다. 스트링 인버터의 주요 마모 구성 요소는 전해 콘덴서와 냉각 팬입니다. 10~12년이 지나면 이를 교체하는 것이 서비스 수명을 연장하는 비용 효율적인 방법입니다.

주거용 시스템에는 어떤 크기의 인버터가 필요합니까?

실용적인 시작점은 인버터의 정격 AC 출력을 어레이 DC 피크 전력의 약 80~110%에 맞추는 것입니다. 10kWp 패널 어레이는 일반적으로 9~10kW 인버터와 쌍을 이룹니다. 패널이 정격 피크에서 동시에 작동하는 경우가 거의 없고 대부분의 작동일을 지배하는 부분 부하 조건에서 효율이 향상되기 때문에 인버터 크기를 약간 줄이는 것(DC 크기 초과)은 일반적입니다. 태양광 설치업체는 특정 지붕 방향, 지역 복사 조도 데이터 및 음영 요소를 기준으로 이 크기를 검증해야 합니다.

그리드 타이 인버터는 하이브리드 인버터와 동일합니까?

아니요. 그리드 연결 인버터는 태양광 어레이를 그리드에 연결하며 배터리 관리는 포함하지 않습니다. 하이브리드 인버터에는 DC 결합 배터리 인터페이스가 추가되어 시스템이 야간이나 정전 중에 사용할 잉여 태양 에너지를 저장할 수 있습니다. 하이브리드 인버터는 가격이 더 비싸고 설치가 약간 더 복잡하지만 에너지 독립성과 복원력이 더 뛰어납니다. 귀하의 상황에 어느 것이 적합한지 확실하지 않은 경우, 그리드 연결 전용 시스템으로 시작하여 나중에 업그레이드하는 것이 실행 가능한 경로입니다. 단, 원래 인버터가 배터리 추가 모듈을 수용하도록 설계되어 있어야 합니다.

유럽에서 그리드 타이 인버터를 구매할 때 어떤 인증을 확인해야 합니까?

최소한 IEC 62116(고립 방지 테스트 절차), EN 50549-1(저전압 연결 요구 사항) 및 해당 국가에 적용되는 국가 전력망 규정(독일의 VDE-AR-N 4105, 영국의 G98/G99 또는 이와 동등한 규정)을 준수하는지 확인하세요. 공인 실험실의 제3자 테스트 보고서는 제조업체의 자체 선언보다 더 강력한 보증을 제공합니다. 귀하의 DNO는 승인된 장비 목록을 유지할 수도 있습니다. 제품 사양을 확정하기 전에 이를 확인하면 계통 연결 승인 단계에서 지연을 피할 수 있습니다.

그리드 연결 인버터의 성능을 어떻게 모니터링합니까?

대부분의 최신 인버터에는 Wi-Fi 또는 이더넷을 통한 모니터링이 내장되어 있으며 제조업체 앱이나 웹 포털을 통해 데이터에 액세스할 수 있습니다. 추적해야 할 주요 지표는 일일 및 월간 에너지 생산량(kWh), 최대 출력 전력, 로컬 조도 데이터와 비교한 특정 생산량(설치된 kWp당 kWh)입니다. 계절에 따라 자연스럽게 변하는 절대 생산량이 아닌 특정 생산량의 지속적인 감소는 시스템 문제의 가장 신뢰할 수 있는 지표입니다. 상업용 설치의 경우 RS485 또는 Modbus 연결을 통해 타사 에너지 관리 플랫폼과 통합하여 고급 분석 및 자동화된 보고를 수행할 수 있습니다.

다양한 전력 등급 및 위상 구성에서 사용 가능한 모델에 대한 전체 개요를 보려면 당사를 방문하십시오. 완전한 태양광 인버터 제품군 — 또는 당사 기술팀에 문의하여 귀하의 사이트에 맞는 시스템 설계 권장 사항을 문의하세요.