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태양광 발전소: 전력 손실 요인 (PV Plant: Derate Factors)

게시자: Sundew Shin, 2009. 6. 14. 오후 6:43   [ 2011. 8. 29. 오전 1:17에 업데이트됨 ]

시작하는 글

 발전소 사업을 위한 제안서들은 주로 대상 발전 설비의 수익율에 영향을 미치는 영향(contribution factor)들의 검토 에서 출발 한다. 예측된 이윤의 정도는 다양한 요인들에 의해 결정 되고, 성능의 최적화를 위하여 각 요인들의 영향을 면밀히 연구 할 필요가 있다. [1]

발전소의 경제적효용가치는 연중전력생산량에 비례하고, 발전량중 약 80%가 소비자에게 최종 전달 된다. 자체 소모 되는 20% 부분에 대해서도 최소화가 목표이고, 이를 위해 전력 소실(power dissipation) 포인트에 대한 인식과 개선에 대한 고찰이 전 시스템적으로 필요하겠다.
이 글은 이 20%에 대한 고찰 내용이다.

Derate Factors

태양광 발전설비의 효율에 대한 고려에 앞서, 태양으로 부터 오는 에너지에 대한 전달율(효율)을 먼저 다음과 같이 고려 해 본다:
  • Solar Radiation (3.4 ~ 6.6 @the U.S.A)
    • kWh/m^2/day
    • 하루당 평균 일조 시간(예:3.5시간)등 일조 관련 모든 사항 포함
  • PV Field

DC-to-AC 변환 효율 계산

상세한 산정기준을 고려할 때 기본 전제가 되는 조건들은 다음과 같다:
  • STC (25C) 기준
  • 고성능 Tracker 설치 기준 (오차 5% 이하)
  • 설비의 자체 소비 전력은 별도 계산 (상수, 평균고정값)
    • Inverter
    • Trackers
    • Monitoring System (incl. Network Devices)
    • Maintenance Lighting
    • CCTV
    • Weather Station
다음은 DC-to-AC 변환 전체에 대한 카테고리별 가능한 전력 소실 포인트들이다 [2]:
  • PV Module
    • 최초 태양광입사후, 생산전력이 완전히 안정화 될때까지 수시간동안 손실이 발생함
    • Practical DC rating from the nameplate rate (0.80 ~ 1.05)
  • Instruments
    • Inverter (0.88 ~ 0.98)
    • Transformer (0.88 ~ 0.98)
      • 중전압 (Medium Voltage) 변압기 손실
  • Mismatch (0.97 ~ 0.995)
    • 각 모듈에 존재하는 약간씩의 제조상 오차가 연립하여 총효율에 미치는 영향
  • Diodes and connections (0.99 ~ 0.997)
    • 역류를 방지하는 다이오드사이의 전압강하, 전기적접촉부위의 저항에 의한 영향  
  • Wiring
    • DC (0.97 ~ 0.99)
      • 모듈 <-> Array Box
      • Array Box <-> Generator Box
      • Generator Box <-> Inverter
    • AC (0.98 ~ 0.993)
      • Inverter <-> MV 변압기
      • MV 변압기 <-> Grid
  • Soiling (0.3 ~ 0.995)
    • 환경적 요소 (먼지, 눈, 기타 표면상의 이물질 등, 오염 물질)
  • System Availability (0 ~ 0.995)
    • 시스템 이용가능성, 이용가능성에서 시스템 유효 up-time확률이라는 관점에서 살펴 본 바 있다.
  • Shading (0 ~ 1.0)
  • Sun-tracking (0.95 ~ 1.0)
    • 1: 모듈이 항상 태양을 향해 위치함
  • Age (0.7 ~ 1.0)
    • 설비노후로 인한 발전효율감소 (일반적으로 1년에 1% or 0.01 감소)
일반적은 조건에서 0.8기준에 +/- 0.05의 범위를 같는다. 즉, 75 ~ 85%의 변환효율을 갖는다.

Shading Derate Factor for Multiple-Row PV Arrays as a Function of PV Array Type and GCR

발전소를 말하다

다음 표는 이와 같은 구분기준으로 수립한 MW급 태양광발전소 derating factor 분석 sample이다.

발전소의 효율을 말할 때 에너지전달율 (EDF, Energy Delivery Factor)를 빼 놓을 수 없다.


즉, 연중 설비최대전력 생산능력 대비, 실재 생산량의 평균지수이다.

References

  1. Patel, Mukund. Wind and solar power systems, Second Edition, Taylor & Francis, 2006. ISBN 0849315700
  2. PVWatt. Derate Factors, Renewable Resource Data Center (RReDC), 2011.
    http://rredc.nrel.gov/solar/calculators/PVWATTS/change.html

Appendix A: 시스템 연결 구성

다음은 전형적인 태양광 발전설비의 구성도를 보여 준다.

Siemens Photovoltaic Systems and Products


많은 수의 PV 모듈들은 Array로, 그 다음은 또 Generator 단위로 통합 되게 되는데 다음은 그 구성도이다.

Junction Boxes


다음 그림은 위 구성을 Single-line 도면으로 표현 한 것이다. 대상 시스템은 SINVERT 2000 MS TL Inverter를 사용하였다.

Siemens Photovoltaic Systems and Products


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