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시스템 소개 |
독립형 태양광 발전 시스템은, 전력회사와 전력의 주고 받음을 하지 않아 태양전지로부터의 전기만으로 시스템이 완결되고 있는 것입니다. (아래그림 참조) |
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태양전지 태양전지는 직류(DC:Direct Current)의 전기를 발생합니다. 직류 전기 기기는 동작하지만, 교류(AC:Alternating Current)의 전기 기기를 동작시키려면 DC-AC 인버터가 필요하게 됩니다. battery 태양전지는 빛이 있을 때만 발전합니다. 건전지와 같이 전기를 모아 두는 기능은 없습니다. 야간이나 흐린 날에 전기를 사용하고 싶을 때는 battery(축전지)에 모아 둔 전력을 사용하게 됩니다. 안정된 태양광 발전 시스템을 구축할 때는, battery가 필요하게 됩니다. battery의 종류에는, 자동차 등에 사용하는 연축전지부터 단3, 단4건전지 등에 사용되는 nickel 수소 전지, 딥사이클 등 여러가지 타입이 있습니다. charge 콘트롤러 battery에는 모아 둘 수 있는 전력 용량에 한계가 있습니다. 그 한계를 초월해 battery에 전기를 보내면, 사용 수명이 단축되는 것뿐만 아니라, battery 자체가 파손해 버립니다. charge 콘트롤러(충방전 콘트롤러)는 battery의 전압을 감시하고, 만충전 시에는 차단, 충전 부족에는 접속하는 동작을 자동적으로 행합니다. DC-AC 인버터 DC-AC 인버터는 직류를 교류로 변환하는 기기입니다. 교류로 하는 것(일)에 보다 가정의 콘센트에 연결하고 있는 전기 제품(퍼스널 컴퓨터, 텔레비젼, 오디오, 통신장비, 전등 )을 사용할 수 있게 됩니다. 기타 역류 방지 다이오드 태양전지의 출력이 적을 때, battery부터 태양전지에 전류가 역류하는 것을 방지합니다. 태양전지에 내장되어 있기도 하기 때문에, 사양서를 참고로 합니다. 퓨즈 합선, 과전류에 의한 사고 발생시에 회로를 차단합니다. 퓨즈는 가능한 한 battery에 가깝게 설치합니다. 전기 제품에 내장되어 있기도 하기 때문에, 사양서를 참고로 합니다. |
시스템 설계 순서 |
독립형 태양광 발전 시스템의 시스템 설계 순서를 소개합니다. 우선, 접속하는 전기 제품을 선정합니다. 방수대책이 필요한 장소에 설치할 때에는, 방수 타입의 기기를 선택합니다. 각 순서로는, 직류12V/60W의 전구 와 교류220V/440W의 퍼스널 컴퓨터를 가정하여, 아래의 <보기> 의 조건으로 사용하기 위한 계산치를 나타냅니다. |
<보기> 사용하는 전기 기기 가. 직류기기 = 12V / 60W의 전구 ( 1일 2시간 사용 ) 나. 교류기기 = 220V / 440W의 전자제품 ( 1일 3시간 사용 ) 1. 1일 사용에 , 전구는 2시간, 퍼스널 컴퓨터는 3시간 사용하는 것으로 합니다. 2. 우천시나 야간에서의 사용을 고려하고, battery에 모아 둔 전기만으로 5일간 가동할 수 있는 것으로 합니다. 3. 시스템 전압은 12V로 결정합니다. |
접속하는 전기 제품의 소비 전류계산 |
접속하는 전기 제품의 소비 전류를 계산합니다. 소비전력, 정격전압은, 전기 제품 본체 또는 취급 설명서에 기재되고 있습니다. 소비전류( A ) = 소비전력 ( W ) / 정격전압 ( V ) |
<보기>
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1일에 필요한 발전 전류량의 계산 |
태양전지로 필요한 1일 발전 전류량( Ah/일 ) |
< 보기 > 보정 계수는, 전구는 직류 기기이기 때문에 1를 계산하고, 퍼스널 컴퓨터는 교류 기기이기 때문에 DC-AC 인버터의 변환 효율90%(0.9)을 계산합니다. ( 로얄 정현파 인버터 효율90% 이상 ) DC-AC 인버터의 변환 효율은 제품에 따라서 다르기 때문에, 사용하는 DC-AC 인버터의 사양을 참고 하여 주십시오. 1. 태양전지의 1일에 필요한 발전 전류량( Ah / 일 ) 계산 5A x 2h 36.7A x 3h ---------- + ------------ = 194.6A ( Ah / 일 ) 0.85 x 0.8 x 1 0.85 x 0.8 x 0.9 2. 태양전지의 필요 전류량 ( A ) 194.6 ( Ah / 일 ) / 3.5 ( Ah / 일 ) = 55.6A |
■태양전지의 설치에 대해서 |
태양전지의 출력은, 태양과 직각이 되게 설치한 경우에 최대가 됩니다. 남쪽에 수평면부터의 각도가 년간을 통하여 가장 효율적이게 발전하는 각도로 설치합니다. 설치 장소의 조건으로서, 1년 중에 일조시간이 최단의 날(동지 쯤)의(낮 동안)일중(오전9시부터 오후3시)에, 태양전지에 그림자가 없는 장소로 설치하는 것이 최적입니다. 가능하다면 여름철과 겨울철에 태양전지의 각도를 변경이 가능한 받침대에 설치하는 것이 바람직합니다. |
태양전지의 최대 출력 동작 전압 | |
태양전지의 최대 출력 동작 전압은 다음의 계산식으로 구합니다. 다이오드는 태양전지의 발전이 없을 때, battery부터의 역류를 막기 위해서 사용합니다. 태양전지의 최대 출력동작 전압( V ) = 배터리 공급전압 x 배터리의 만 충전계수 + 다이오드 전압강하 1. 여기서는 계산상 배터리 전압이 12V 로 선정합니다. 2. 배터리의 만 충전 계수 ( 연축전지의 경우는 1.24 ) 3. 다이오드 전압강하 ( 실리콘은 순방향시 0.7V의 전압강하가 발생, 요즘은 게르마늄은 사용을 안함 ) | |
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태양전지의 선정 | |
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태양전지의 병렬 접속·직렬 접속 | ||||
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<보기> BP사의 BP365를 2 매사용하고, 병렬 접속하는 것으로 필요한 전류, 전압을 발전시키는 것으로 합니다. 태양전지 1매의 출력 특성 최대 출력: 65W, 최대 출력 전압: 17.7V , 최대 출력 전류: 3.69A 병렬 접속하면 최대 출력: 130W, 최대 출력 전압: 17.7V, 최대 출력 전류: 7.38A 이것에 의해 먼저 산출한 태양전지의 필요 전류 29.33A, 최대 출력 동작 전압 15.58V 이상의 전력을 얻기 위해서는 총 8매의 태양전지가 필요한 것을 알수 있습니다. |
battery의 용량 계산 | |||
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battery의 용량 표기 |
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battery의 선정 | |||||||||||||||
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자동차용 battery는 쓸만 하다? | |||||||||||||||
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Charge 콘트롤러(충방전 콘트롤러)의 선정 |
charge 콘트롤러(충방전 콘트롤러)에 필요한 사양(태양전지 입력 전류, 부하 전류)를 구합니다. 여기에서는, 설계에 여유가 있도록 하기 위해서 보수율을 0.85 로 하고 있습니다. ( 필수는 아닙니다 ) |
태양전지 입력 전류 ( A ) = 태양전지의 합선전류( A ) / 보수율 직류기기의 최대출력 ( W ) 부하 전류 ( A ) = ------------------------ 시스템 전압 ( V ) x 보수율 |
< 보기 > BP사의 태양전지 BP365를 2 매 병렬 접속합니다. ●태양전지 1매의 출력 특성 최대 출력: 65W, 최대 출력 전압: 17.7V, 최대 출력 전류: 3.69A, 개방 전압: 22.1V, 합선 전류: 3.99A ●병렬 접속하면 최대 출력: 130W, 최대 출력 전압:17.7V, 최대 출력 전류: 7.38A, 개방전압: 22.1V, 합선 전류: 7.98A 태양전지 입력전류( A ) = 7.98A / 0.85 = 9.39A 60 ( W )부하 전류 ( A ) = -------------- = 5.88 ( A ) 12 ( V ) x 0.85 ※charge 콘트롤러의 최대 입력 전압은, 태양전지의 개방 전압(앞에서 말한 경우 22.1V)이상이 필요합니다. ※주택용 태양광 발전 시스템용의 태양전지를 사용할 때에는 주의가 필요합니다. 가능하다면 컨트롤러에서 전압과 전류를 자유롭게 변경이 가능한 제품으로 구입하실 것을 추천합니다. |
Charge 콘트롤러의 기능 |
charge 콘트롤러의 기능으로서, 역류 방지 다이오드(태양전지에 전류의 역류를 막는다), 야간 타이머(조도 센서나 태양전지의 출력 전압에서 일몰을 감지해 부하를 접속), 온도 보정(battery의 온도를 감지해 충전 전압을 보정)을 내장한 것이 있습니다. 희망 시스템에 따라 최적인 것을 선택 주십시오. |
DC-AC인버터의 선정 |
DC-AC 인버터의 종류로서는, 정현파(싸인파)·와 유사정현파(직사각형파)의 타입이 있습니다. 아래그림에 정현파형과 유사정현파형의 파형에 차이를 나타냅니다. 정현파(싸인파)타입 출력 파형이 일반 가정에 공급되어 있는 상용 전원 파형과 같은 이유로, 사용할 수 있는 부하 기기에 제한은 없습니다. 독립형 발전용 전원 시스템이나, 정밀한 정현파(싸인파)형태를 필요로 하는 측정기기, 의료 기기, 통신장비, 음향기기 등에는, 부하기기를 선택하지 않는 정현파 인버터를 선택하여 주십시오. 유사정현파(직사각형파)타입 전압의 실효치가 상용 전원과 같은 (교류220V)이며, 퍼스널 컴퓨터, 텔레비젼, 전자 레인지, 에어컨, 전동 공구 등, 대부분의 부하 기기를 접속해 사용하실 수 있습니다. 그러나 파형에 특성으로 잡음과 화상 노이즈 등 발생이 생기는 문제로 정확한 파형에 의존하여 동작하는 부하 기기 ( 인버터 방식 형광등, microcomputer 제어 전기 제품, 의료기기, 통신장비, 방송장비, 등)는 문제가 발생할 수 있습니다. 사용하실 기기에 따라서 선택에 주의하여 주십시오. |
<참고> 인버터 출력전류(A) = 교류출력(W) / 교류전압(V) AC 220V <DC-AC 인버터의 입력 전류와 출력 전류는 다릅니다! > |
전기 제품의 출력용량에 대해서 |
DC-AC 인버터의 출력용량에 접속하는 전기 제품의 정격출력이 잘못된 연결에 따라서, 전기 제품이 동작하지 않는 일이 있습니다. 다음은 전기 제품의 출력에 대해서 설명합니다. |
소비전력이란 무엇인가? |
가정용 전기 제품에는 반드시 규격 seal 이 붙어 있습니다. |
전력(W)와 전압(V)와 전류(A)의 관계 |
전기 제품의 소비전력은 다음 식으로 구할 수 있습니다. 전력(W) = 전압(V) x 전류(A) 입력이 220V에 소비전류 3.5A의 가전 제품의 소비전력은, 770W = 220V×3.5A 가 됩니다. 만일, 모터류와 같은 제품을 동작시키면 정격소비전력 보다도 처음 기동시에 많은 소비전력이 소비됩니다. 이때에 소비되는 전력은 제품에 따라서 차이는 있지만 평균 3배이상의 써지전력이 필요하게 되며 따라서 인버터의 선정시 정격출격용량과 써지출력용량을 확인하고 2가지 조건이 만족한 제품을 선택하시기를 바랍니다. 여러분이 사용하실 제품의 부하는 반드시 정격용량에 기준을 두고 선택하셔야 합니다. 써지출력 혹은 피크출력으로 계산하시면 안되는 이유는 써지출력과 피크출력은 순간적인 출력이기에 정격출력에 포함시키면 안되는 것입니다. 모터류와 같은 제품을 사용할 때 순간적인 전류에 의한 기동출력을 보완하기 위하여 필요항 사항이라는 것을 알아 두시기 바라며 로얄 파워 인버터를 반드시 구입하실 때는 참고하여 주시기 바랍니다. 참고: 로얄 정현파 인버터 |
정격전력(W)와 최대전력(W)의 차이 |
텔레비젼의 경우 |
배선 케이블의 선정 |
태양전지에서 발전한 전기를 떨어져있는 장소에서 사용하려면 배선 케이블이 필요합니다. 단지 배선 케이블이라고 해도 여러가지 종류가 있고, 흘려 보내는 전류, 전압, 그리고 사용 환경에 맞추고 적절한 것을 선정할 필요가 있습니다. 다음에, 태양광 발전용에 사용하는 좋은 배선 케이블과 그 허용 전류에 대해서 설명합니다. |
배선 케이블의 종류에 대해서 1. CV케이블 내전압: 600V, 내열 온도: 90℃. 케이블 피복에 내후성의 소재를 사용하고 있기 때문에, 그대로의 상태로 비바람으로 쬐어지는 옥외나 지중에 메워 사용할 수 있습니다. 도체는 연선이 일반적입니다. 여름 한철, 지붕 위에 설치한 태양전지 부근의 온도는 80℃에 달한다고 정의하고 있습니다. 태양 빛의 자외선에 쬐어지는 곳에 있는 태양전지의 옥외 부분은 CV케이블을 사용합니다. 2. VCTF케이블 내전압: 300V, 내열 온도: 60℃. 옥내로 사용하는 300V이하의 소형 전기기구의 전원 코드로서 주로 사용됩니다. sheath(절연 피복)에 내후성 소재를 사용한 것은 옥외 배선에 사용할 수 있지만, 내열 온도는 60℃이므로, 지붕에의 직접 설치는 피하는 것이 좋습니다. 3. VVF케이블 내전압: 600V, 내열 온도: 60℃. 약칭 F케이블이라고도 불리고 있습니다. 일반 주택의 옥내 배선에 사용되어 있는 케이블입니다. 배선 duct내에 설치하는 것 보다 지중에 메워 사용하기도 합니다. 도체는 단선이 일반적입니다. VVF케이블은 내열 온도가 60℃이기 때문에 태양전지의 옥외 부분에 설치할 수 없습니다. 비바람의 영향이 없는 옥내에서 사용해 주십시오. 4. KIV케이블 내전압: 600V, 내열 온도: 60℃. KIV케이블은 600V이하의 전기 기기의 배선 및 제어반 등의 배선으로 사용되어 있는 케이블입니다. 유연성에 좋아서 charge 콘트롤러, 배터리, 인버터 배선 등 비바람의 영향이 없는 옥내 배선으로서 사용하실 수 있습니다. 5. 자동차용 저압 배선 독립형 태양광 발전 시스템 전압은 12V 또는 24V가 일반적입니다. 따라서, 카 용품점 등에서 판매하고 있는 자동차용의 파워 케이블 등도 이용할 수 있습니다. 자동차용 저압 배선 종류로서, AV선(vinyl 절연 저압 배선)이나 내열성에 우수한 AVX선(내열 저압 전선) 등이 있습니다. 옥내에 설치하는 배터리 와 인버터 등의 기계간을 배선할 때에 이용할 수 있습니다. |
배선 케이블의 허용 전류에 대해서 배선 케이블에 전류가 흐르면, 배선 케이블의 온도가 상승합니다. 전류를 흘려 보내는 것이 지나치면 발열이 되고, 배선 케이블의 수명을 줄이고, 절연이 파손되면 화재나 누전, 감전의 원인이 됩니다. 배선 케이블에는 흘려 보내는 것이 가능한 용량이 정해져 있으며, 배선 케이블의 허용 전류라고 합니다. 도체의 굵음을 나타내는 단위로서, 연선에서는 m㎡(도체의 단면적), 단선에서는 mm(도체의 직경)이 사용됩니 |
저압 옥내 배선 허용 전류
AWG = America Wire Gauge
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【참고】 2스케어(2sq)의 전선 란 2m㎡(square 밀리미터:square) 의 약칭입니다. |
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첫댓글 잘 보았습니다.