태양광 시스템

태양광 시스템은 일반적으로 독립형 시스템, 계통 연계형 시스템, 그리고 하이브리드 시스템으로 구분됩니다. 태양광 시스템의 적용 형태, 적용 규모, 그리고 부하 유형에 따라 6가지 유형으로 구분할 수 있습니다.

시스템 소개

태양광 발전 시스템의 적용 형태, 적용 규모 및 부하 유형에 따라 태양광 발전 시스템을 더욱 세부적으로 구분해야 합니다. 태양광 발전 시스템은 다음과 같은 여섯 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 소형 태양광 발전 시스템(Small DC), 단순 직류 시스템(Simple DC), 대형 태양광 발전 시스템(Large DC), 교류 및 직류 전력 공급 시스템(AC/DC), 계통 연계형 시스템(Utility Grid Connect), 하이브리드 전력 공급 시스템(Hybrid), 계통 연계형 하이브리드 시스템. 각 시스템의 작동 원리와 특징은 다음과 같습니다.

전원 공급 시스템

소형 태양광 발전 시스템의 특징은 시스템에 직류 부하만 있어 부하 전력이 비교적 적고, 전체 시스템이 간단하고 조작이 간편하다는 것입니다. 주요 용도로는 일반 가정용 시스템, 다양한 민간용 직류 제품, 관련 엔터테인먼트 기기 등이 있습니다. 예를 들어, 우리나라 서부 지역에서는 이러한 유형의 태양광 발전 시스템이 널리 사용되고 있으며, 부하가 직류 램프인 이 시스템은 전기가 없는 지역의 가정용 조명 문제를 해결하는 데 사용됩니다.

직류 시스템

이 시스템의 특징은 시스템 부하가 DC 부하이고 부하 사용 시간에 대한 특별한 요구 사항이 없다는 것입니다.부하는 주로 주간에 사용되므로 시스템에 배터리를 사용하지 않으며 컨트롤러가 필요하지 않습니다.시스템은 구조가 간단하고 직접 사용할 수 있습니다.태양광 모듈이 부하에 전력을 공급하여 배터리의 에너지 저장 및 방출 과정과 컨트롤러의 에너지 손실을 없애고 에너지 이용 효율을 향상시킵니다.이 시스템은 PV 워터 펌프 시스템, 일부 임시 장비 주간 전력 및 일부 관광 시설에 일반적으로 사용됩니다.그림 1은 간단한 DC PV 펌프 시스템을 보여줍니다.이 시스템은 마실 수 있는 순수한 수돗물이 없는 개발도상국에서 널리 사용되어 왔으며 좋은 사회적 편익을 가져왔습니다.

대규모 태양광 발전 시스템

위의 두 태양광 발전 시스템과 비교했을 때, 대규모 태양광 발전 시스템은 여전히 ​​DC 전력 시스템에 적합하지만, 이러한 태양광 발전 시스템은 일반적으로 부하 전력이 큽니다.부하에 안정적인 전력 공급을 보장하기 위해 해당 시스템 규모도 크고 더 많은 태양광 모듈 어레이와 더 큰 배터리 팩을 장착해야 합니다.일반적인 응용 분야로는 통신, 원격 측정, 모니터링 장비 전력 공급, 농촌 지역의 중앙 집중식 전력 공급, 등대, 가로등 등이 있습니다.이러한 형태는 중국 서부의 전기가 없는 일부 지역에 건설된 일부 농촌 태양광 발전소에서 사용되고 있으며, China Mobile과 China Unicom이 전력망이 없는 외딴 지역에 건설한 통신 기지국도 이 태양광 시스템을 사용하여 전력을 공급합니다.산시성 완가자이의 통신 기지국 프로젝트가 그 예입니다.

AC 및 DC 전원 공급 시스템

위의 세 가지 태양광 시스템과 달리, 이 태양광 시스템은 직류 및 교류 부하에 동시에 전력을 공급할 수 있으며, 시스템 구조 측면에서 위 세 가지 시스템보다 더 많은 인버터를 사용합니다. 인버터는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 교류 부하의 요구를 충족합니다. 일반적으로 이러한 시스템은 부하 전력 소비량이 비교적 크기 때문에 시스템 규모도 비교적 큽니다. 교류 및 직류 부하를 모두 사용하는 일부 통신 기지국과 교류 및 직류 부하를 사용하는 기타 태양광 발전소에 사용됩니다.

그리드 연결 시스템

이 태양광 시스템의 가장 큰 특징은 태양광 어레이에서 생성된 직류 전류가 계통 연계형 인버터를 통해 주전원 계통의 요구 사항을 충족하는 교류 전류로 변환되어 주전원 계통에 직접 연결된다는 것입니다. 부하 외부에서 잉여 전력은 계통으로 되돌려 보내집니다. 비오는 날이나 야간에 태양광 어레이에서 전기를 생산하지 못하거나 생산된 전기가 부하 수요를 충족하지 못할 경우, 계통에서 전력을 공급받습니다. 전기 에너지가 전력망에 직접 입력되므로 배터리 구성이 생략되고 배터리의 저장 및 방출 과정이 절약됩니다. 그러나 출력 전력이 전압, 주파수 등 계통 전력 요구 사항을 충족하도록 시스템에 전용 계통 연계형 인버터가 필요합니다. 인버터 효율 문제로 인해 여전히 에너지 손실이 발생할 수 있습니다. 이러한 시스템은 상용 전원과 태양광 모듈 어레이를 병렬로 사용하여 지역 AC 부하의 전력원으로 활용하는 경우가 많습니다. 이를 통해 전체 시스템의 부하 전력 부족률을 줄일 수 있습니다. 더욱이, 계통 연계형 태양광 시스템은 공공 전력망의 피크 조절에도 중요한 역할을 할 수 있습니다. 소잉 일렉트릭은 계통 연계형 시스템의 특성에 따라 수년 전 다양한 이득과 손실을 동반하는 전기 에너지 재활용을 위해 특별히 설계된 계통 연계형 태양광 인버터를 성공적으로 개발했습니다. 이 기술은 비약적인 발전을 이루었으며, 계통 연계형 시스템의 여러 기술적 어려움을 극복했습니다.

혼합 공급 시스템

이 태양광 발전 시스템에는 태양광 모듈 어레이 외에도 유류 발전기가 백업 전원으로 사용됩니다. 하이브리드 전력 공급 시스템을 사용하는 목적은 다양한 발전 기술의 장점을 종합적으로 활용하고 각각의 단점을 피하는 것입니다. 예를 들어, 앞서 언급한 독립형 태양광 시스템의 장점은 유지 보수가 적다는 점이지만, 단점은 에너지 출력이 날씨에 따라 변동하고 불안정하다는 것입니다.

디젤 발전기와 태양광 패널을 조합하여 사용하는 하이브리드 전력 공급 시스템은 단일 에너지 독립형 시스템에 비해 날씨에 관계없이 에너지를 공급할 수 있습니다.

계통 연계형 혼합 공급 시스템

태양광 광전자 산업의 발전과 함께 태양광 모듈 어레이, 상용 전력, 백업 오일 발전기를 종합적으로 활용할 수 있는 계통 연계형 하이브리드 전력 공급 시스템이 등장했습니다. 이러한 시스템은 일반적으로 컨트롤러와 인버터를 통합하고, 컴퓨터 칩을 사용하여 전체 시스템 작동을 완벽하게 제어하며, 다양한 에너지원을 종합적으로 활용하여 최적의 작동 상태를 달성합니다. 또한 배터리를 사용하여 시스템의 부하 전력 공급 보증률을 더욱 향상시킬 수 있습니다. AES의 SMD 인버터 시스템도 그 예입니다. 이 시스템은 지역 부하에 적합한 전력을 공급할 수 있으며, 온라인 무정전 전원 공급 장치(UPS)로도 작동할 수 있습니다. 전력은 계통에 공급되거나 계통에서 공급받을 수도 있습니다. 시스템의 작동 방식은 일반적으로 상용 전력 및 태양광 발전과 병렬로 작동합니다. 지역 부하의 경우, 태양광 모듈에서 생성된 전력이 부하가 사용하기에 충분하면 태양광 모듈에서 생성된 전력을 직접 사용하여 부하의 수요를 공급합니다. 태양광 모듈에서 생성된 전력이 당면 부하의 수요를 초과하는 경우, 초과 전력은 그리드로 반환될 수도 있습니다. 태양광 모듈에서 생성된 전력이 부족한 경우, 유틸리티 전력이 자동으로 활성화되고 유틸리티 전력은 로컬 부하의 수요를 공급하는 데 사용됩니다. 부하의 전력 소비량이 SMD 인버터의 정격 주전원 용량의 60% 미만인 경우, 주전원은 자동으로 배터리를 충전하여 배터리가 장시간 부동 상태를 유지하도록 합니다. 주전원이 고장나는 경우, 즉 주전원 고장이나 주전원 품질이 표준에 미치지 못하는 경우, 시스템은 자동으로 주전원을 분리하고 독립 작업 모드로 전환하며, 부하에 필요한 AC 전력은 배터리와 인버터에서 공급됩니다. 주전원이 정상으로 돌아오면, 즉 전압과 주파수가 위에서 언급한 정상 상태로 돌아오면 시스템은 배터리를 분리하고 그리드 연결 모드로 전환하여 주전원에서 전력을 공급합니다. 일부 계통 연계형 하이브리드 전력 공급 시스템에서는 시스템 모니터링, 제어 및 데이터 수집 기능도 제어 칩에 통합될 수 있습니다. 이러한 시스템의 핵심 구성 요소는 컨트롤러와 인버터입니다.

오프 그리드 태양광 시스템

독립형 태양광 발전 시스템은 태양광 모듈에서 전기를 생산하고, 컨트롤러를 통해 배터리의 충전 및 방전을 관리하며, 인버터를 통해 직류 부하 또는 교류 부하에 전기 에너지를 공급하는 새로운 유형의 전력원입니다. 고원 지대, 섬, 오지 산간 지역, 그리고 열악한 환경의 현장 작업에 널리 사용됩니다. 또한 통신 기지국, 광고판, 가로등 등의 전원 공급 장치로도 활용될 수 있습니다. 태양광 발전 시스템은 무궁무진한 자연 에너지를 활용하여 전력 부족 지역의 수요 갈등을 효과적으로 완화하고, 오지 지역의 생활 및 통신 문제를 해결할 수 있습니다. 이를 통해 지구 생태 환경을 개선하고 지속 가능한 인류 발전을 촉진합니다.

시스템 기능

태양광 패널은 전력을 생성하는 구성 요소입니다. 태양광 컨트롤러는 생성된 전기 에너지를 조정하고 제어합니다. 한편으로 조정된 에너지는 DC 부하 또는 AC 부하로 전송되고 다른 한편으로 초과 에너지는 저장을 위해 배터리 팩으로 전송됩니다. 생성된 전기가 부하 요구를 충족하지 못할 때 컨트롤러는 배터리의 전력을 부하로 전송합니다. 배터리가 완전히 충전된 후 컨트롤러는 배터리가 과충전되지 않도록 제어해야 합니다. 배터리에 저장된 전기 에너지가 방전되면 컨트롤러는 배터리를 보호하기 위해 배터리가 과방전되지 않도록 제어해야 합니다. 컨트롤러의 성능이 좋지 않으면 배터리의 수명에 큰 영향을 미치고 궁극적으로 시스템의 신뢰성에 영향을 미칩니다. 배터리의 역할은 부하가 밤이나 비오는 날에도 전력을 공급받을 수 있도록 에너지를 저장하는 것입니다. 인버터는 DC 전력을 AC 부하에서 사용할 수 있도록 AC 전력으로 변환하는 역할을 합니다.