대문글

MileMoa

검색
×

마일모아 게시판   [정보]
솔라 설치시 고려 사항 몇가지 [String inverter관련 업데이트]

찐돌 | 2022.03.20 23:38:21 | 본문 건너뛰기 | 댓글 건너뛰기 쓰기

작년 중반에 솔라설치를 위해서 여러가지 정보를 수집했는데요, 이제 NEM plan도 다 셋업되었고, 하루 하루 태양광 발전량도 모니터링이 되고 해서, 정보를 여기 한번 적어보려고 합니다. 

 

1. 첫번째로 솔라 패널의 선택이 있겠습니다. 

솔라 패널 회사들이 많이 있는데, 가격차가 천차 만별입니다. 이 사이트를 보면 가격차이를 대충 볼수 있는데, 

https://www.solaris-shop.com/solar-panels/

효율 따라서 가격 차이가 천차 만별입니다. 패널당 400와트짜리 Solaris패널이 $476라면, 파나소닉 330와트 패널은 $278. 20% 정도의 효율 차이에 가격차이가 상당합니다. 그러면 효율이 좋은걸 사야하나, 상황따라 다릅니다. 효율이 좋은 패널을 사야 하는 경우는 다음과 같습니다. 제 이웃집 한곳의 사진인데요, 

Screen Shot 2022-03-20 at 11.58.13 AM.png

지붕모양이 지랄맞아서, 솔라를 설치할 면적이 별로 안 나옵니다. 25년동안 비 바람 맞아가면서 버텨야 하기 때문에, 아무렇게나 설치할수 없고, 환기구 다 피해가면서 설치하려면 지붕에 연속되는 면적이 많이 나와야 하는데, 제 이웃집은 그렇지 않기 때문에, 솔라 패널을 설치하기 힘듭니다. 이런 집에 설치를 하려면, 효율이 좋은 패널을 설치해야 적은 패널로 비슷한 아웃풋이 나오죠. 그런 경우에 효율이 중요해 집니다. 지붕 면적이 많고, 집에 전기 사용량이 별로 많지 않다면 굳이 비싼 돈 들여서 효율좋은 패널을 설치할 필요가 없습니다. 

 

2. efficiency degradation over time

솔라 패널도 나이가 들고, 오래되면 효율이 나빠집니다. 보통 25년 워런티를 가지고 있는데, 이 워런티의 의미가 이렇습니다. 25년 후에도 적어도 80%의 효율을 가진다가 됩니다. 중국제 패널은 이 워런티가 나빠서 오래되면 효율이 많이 떨어지고 LG, 파나소닉, 한국제 패널의 워런티가 좋습니다. 제가 설치한 솔라리스의 제품은 25년 뒤에 효율이 적어도 86%는 된다고 나옵니다. 그럼 25년 후에는 못 쓰냐 그런건 아닙니다. 계속 사용은 가능한데 효율이 계속 떨어지는 거죠. 그러니까, 앞으로 전기차를 구입할 계획이 있다면, 효율이 떨어지는 것 고려해서 약간 높은 와티지의 제품을 구입할 필요가 있습니다. 

 

3. actual solar output vs specification

솔라 패널이 400와트 짜리란 것은, 실험실에서 ideal온도, 즉 극 저온에 가까운 상태에서 peak solar input을 고려해서 정해집니다. 실제로는 저온도 아니고 햇빛이 강할때는 당연히 온도도 높아서, 절대로 이 스펙대로의 아웃풋이 나오지 않습니다. 그리고 지붕에 설치한 이상, 해가 중천에 떠있을때, 패널은 해쪽으로 쳐다보고 있지도 않지요. 경사져 있습니다. 이 모든 것을 고려하면 80%이상 나오기 힘듭니다. 저의 경우, 아직 여름을 겪어보지 않아서, 실제 최대 피크는 알지 못하나, 80%정도가 맞는것 같습니다. 

그리고, 집의 정문 방향이 아닌, 지붕의 방향이 중요합니다. 밑의 집은 지붕이 동서쪽을 보고 있어서, 최대 아웃풋이 나오기 힘듭니다. 그래서 하루에 40kW를얻어야 한다라고 하면 좀 넉넉하게 패널수를 잡을 필요가 있습니다. 물론 이런 경우, Solar 설치 업체에서 어느정도 시뮬레이션을 하긴 하는데, 설치 비용이 올라가는 문제다 보니, 오히려 제가 패널수를 늘려야 한다고 강하게 주장하게 되었습니다. 물론 저는 그게 잘 한 결정이었다고 생각합니다. 

 

Screen Shot 2022-03-20 at 12.06.29 PM.png

제 지붕도 남동쪽의 지붕 면적이 많지 않아, 서쪽으로도 몇장 설치를 하게 되었는데, 서쪽의 패널은 남동쪽의 패널에 비해서 절반밖에는 발전량이 나오지 않습니다. 따라서 비용 대비, 별로 결과가 좋지 않습니다. 

 

4. 인버터의 선택

솔라 패널은 DC가 나옵니다. 이걸 전기로 변환해서 사용하기 위해서는 Invertor라는 장치가 필요합니다. 인버터에는 크게, String inverter와 micro inverter가 있습니다.

 

a. String inverter는 Solar panel을 직렬로 연결한 후, 끝단에서 AC로 변환합니다. 이렇게 하는 경우, 연결이 단순해지고, Inverter가 지상에 있게 되므로, 유지 관리도 간단해지는 장점이 있어서, 가격이 저렴합니다. 

 

https://www.glowship.com/faqs/solar/string-vs-microinverters-vs-dc-optimizers/

 

단점은 많은데요, 직렬로 연결되다 보니, 패널중에서 가장 전류량이 낮은, 즉 품질이 나쁜 패널의 아웃풋에 전체 시스템이 좌우된다는데 있고, 만약 지붕 구조물이 패널을 가려서 전기가 생산되지 못한다면, 다른 패널에서 전기 생산량이 많아도, 솔라 아웃풋이 전혀 없게되는 현상도 생깁니다. 그리고 인버터가 큰 전압을 다루다 보니, 수명이 짧아서 12~13년 정도 된다고 하네요. 그래서 이렇게 단점이 많은데 왜 사용하냐. 뭐 가격이 저렴해서 입니다. 제가 제안서를 받은 업체중에 Sunrun이 있는데, 이 Sunrun이 제안한 방식이 하나의 inverter를 사용한 방식입니다. 

 

솔라 패널중에, bypass diode가 있는 것과 없는 것이 있습니다. Bypass diode라는 것은 그늘이 지거나 해서, 패널의 전력 생산량이 0가 되거나 낮아지게 되면, 그 낮아진 패널에 전압이 걸려서, Hotspot이 되어, 패널이 손상되는 것을 막고, 전체 시스템의 전력 생산에 문제가 생기는 것을 막는 방식입니다. 

 

만약 패널에 Bypass Diode가 없다면, String inverter의 단점은, 패널 중에서 가장 전류량이 낮은 죽 품질이 나쁜 패널의 아웃풋에 전체 시스템의 성능이 좌우된다는 데 있습니다. 만약 지붕 구조물이 패널에 가려서 전기가 생산되지 못한다면 다른 패널에서 전기 생산량이 많아도, 솔라 아웃풋이 없게되는 현상도 생깁니니다.

 

Bypass Diode가 있는 패널들은 패널에 보통 3개 정도의 Bypass diode가 있어서, 3부분이 독립적으로 bypass될수 있습니다. 따라서 부분적으로 그늘이 지게 된다면 그늘이 지지 않는 부분은 발전을 할수 있습니다. 하지만 패널의 연결방식 때문에, 특정 패턴의 그늘, 즉 3부분을 일정수준 가리는 경우, 전체 패널 모두 다 영향을 받게 됩니다. 요즘 대부분의 패널은 Bypass Diode가 있다고 합니다. 

 

String inverter의 warranty는 12~13년 정도로 짧습니다. 그리고 모든 패널이 직렬로 연결되기 때문에 Inverter에 입력되는 전압은 각 패널이 30V라고 한다면, 패널의 수많큼 증가해서, 아주 높은 전압이 되고, 설치가 잘못된다면 굉장히 위험합니다. 어떤 업체에선 String inverter방식이 화재가 많이 난다고 악선전을 하고 있기도 합니다. Licensed professional이 설치를 해야 한다고 합니다. 

 

그리고 인버터와 배터리 시스템을 연결하는게 단순하다보니, 많은 Solar battery연결 시스템이 이 방식을 사용합니다. 

 

b. Micro interter는 완전히 다른 방식입니다. 각 패널이 별개로, AC를 만들어 냅니다. 12V DC output을 240V로 변환하기 때문에 각각의 패널이 별개로 동작합니다. 모든 inverter가 별개로 동작하기 때문에, 정전이 되는 경우, power shutdown (안 그러면 전력회사에서 수리나올때 수리 기사들이 감전될 위험이 있어서 입니다)도 별개의 inverter에서 따로 합니다. 따로 AC로 변환되므로, 전체 시스템의 최대 전압은 고정됩니다. 

 

당연히 모든 인버터가 별개로 동작하므로, 패널의 품질 차이에 전체 시스템이 별 영향을 안 받습니다. 어떤 패널은 좀더 생산하고, 어떤 패널은 좀 작게 생산해도, AC연결단에서 다 통합됩니다. 지붕구조가 복잡해서 각 패널이 받는 태양광이 차이가 크다면 이 방식 이외에 더 좋기 힘듭니다. 단점은, 패널수와 동일한 수의 인버터가 필요하므로 비싸집니다. 수리도, 인버터가 고장나면, 지붕에 올라가서, 패널에 연결되어 있는 인버터를 교환해야 합니다. 물론 한두개 죽어도 전체 시스템은 약간 출력이 약해진다 뿐이지, 계속 사용할수 있습니다. 

 

큰 단점이 배터리를 연결하기 어렵다는 것입니다. String inverter는 3-way power controller역할을 해서, 정전이 되면 솔라에서 인버터를 거쳐 전력을 공급하는것이 쉽고, 배터리 연결도 단순합니다. 배터리는 DC이고, 솔라도 DC이므로, 별도의 변환이 없이 솔라의 출력이 배터리로 연결되면서 충전이 됩니다. 

micro interveter는 그렇게 전력을 다 모우는 hub같은게 없고, Micro interverter의 출력이 AC이므로 배터리에 충전하기 위해서 DC로 변환을 또 해야 하므로, 효율이 나빠집니다. 따라서 연결이 좀더 복잡하고 별도의 컨트롤러가 필요해 집니다. 

 

c. String inverter with DC optimizer

이건 #a의 단점을 약간 보완한 것입니다. 각 패널의 차이점을 DC optimzer란 놈이 보정하는 것이죠. DC optimizer가 전류차이를 보정해줘서, 패널간의 출력 차이가 전체 시스템에 영향을 주지 않도록 하는 것인데, String inverter보단 비싸고 마이크로 인버터만큼 좋지도 않고 뭐 중간쯤 되는 놈입니다. 

 

저는 Micro inverter system을 설치를 했고 당연히 설치비가 좀 많이 비쌌습니다. 

 

5. 설치 회사의 문제

솔라를 설치할 시점이 되면, 사실 솔라 설치 회사는 전력회사에 가깝기 보다는, 건설 회사에 가까워 집니다. 지붕에 큰 Metal rail을 설치해서 그 위에 패널을 올리는데, 당연히 타일을 들어내고 설치를 해서 되어서, 잘못 설치하면 지붕에 물이 새거나 합니다. 테슬라의 악명은 많이 들으셨을 텐데, 설치후에 지붕에 물이 샌다는 경우가 많습니다. 제 설치 회사의 경우, 지붕에 어떤 방식으로 설치를 하고, 어떤 제품을 사용하는지 자세한 도면을 제공했습니다. rail이나 metal tile같은 제품은 Solar installation에 많이 사용되는, 유명한 회사의 제품을 사용하고 있었는데, 안 그런 회사도 당연히 많을 것입니다. 

 

그리고 지붕에 Solar panel을 설치하는 것은 집 주인의 개인 문제가 아니라, 전력회사의 전력 Grid에 편입되는 문제이므로 당연히 설치 허가를 얻어야 되는 문제가 생깁니다. 따라서 시에 도면을 제공하고, 허가를 얻은 다음, inspection을 통과하고, 전력회사의 inspection도 통과해야 되는, 여러가지 법적 절차를 밟아야합니다. 따라서 여기서 설치 회사가 얼마나 관리를 잘 하냐에 따라 전체 과정이 매끄럽기도 하고, 불편하기도 합니다. 이 과정을 제대로 못하는 회사들이 무척 많으므로, neighborhood forum등지에서 평판에 대한 조회를 할 필요가 있습니다. 

 

6. 워런티

보통 솔라 패널과 지붕 설치에 대한 워런티가 20년 혹은 25년으로 제공되는데, 회사가 그때까지 살아있을것인가에 대한 생각을 해 보셔야 합니다. 당연히 25년 이후에도 in-business일지에 대한 보장이 없으므로 워런티가 긴 것보다는 설치를 제대로 하는, correct by construction을 하는 업체가 훨씬 중요합니다. 

 

7. 배터리 설치

배터리 팩이 1.5kwh정도 하는 것이 만불 정도 하는것 같은데, 현재 시점에는, 제 개인적인 생각으론 완전히 돈낭비입니다. 별로 배터리를 설치할 인센티브가 없습니다. 밑의 NEM설명에 같이 적겠습니다. 

 

8. NEM

 

NEM이란건 Net Metering것으로, 솔라로 생산한 전기를 유틸리티 회사로 보내고, 솔라 생산이 안될땐 유틸리티에서 전기를 받아 쓰는데, 그 차이만 전력 회사에 돈을 내는 방식입니다. 유틸리티 회사를 배터리 처럼 사용하는 것이라, 굉장히 가입자에게 유리한 방식입니다. NEM은 1.0이 있고 현재는 2.0, 그리고 3.0으로 가고 있습니다. 그 차이는 다음과 같습니다. 

 

1.0: Time of Use plan이 아닌, 사용량에 따라 tier1, tier2로 나눠지는 Plan을 가입자가 사용할수 있어서 가장 유리한 방식입니다. 솔라는 낮에 생산해서 잉여가 남고, 저녁에 해가 지고 나면, 사용자가 많이 사용하는 시스템인데, 보통 가입자의 전기 사용량이 적은 낮에, 솔라 발전량은 가장 많기 때문에, 전체적으로는, 사용자가 Grid로 보내는 전력이 더 많아, 전기 요금을 절약할수 있게 됩니다. 일단 NEM 1.0으로 가입한 가입자는 이후의 정책 변화와 상관없이 20년동안NEM1.0으로 남을수 있게 됩니다. 

 

2.0: 2.0이 되는 시점에서 가입자는 Time of Use plan을 선택해야만 합니다. 이 플랜은 유틸리티 회사에 조금더 유리합니다. 왜냐하면, 솔라 발전량이 많은 낮에는 낮은 전력 요금을 적용받고, 저녁에는 Peak요금대를 적용받아, 가입자가 전기를 유틸리티 회사에서 땡겨쓰는 저녁에, 유틸리티 회사가 조금더 높은 마진을 보장받게 되었습니다. 따라서 솔라 발전량이 많아도 전기 요금을 내야 하는 상황이 벌어질수 있습니다.

 

당연히 전기 회사는, 배터리를 엄청나게 사놓는 것이 아닌, 저녁에 전력 사용량이 많으면 발전기를 돌려야 하기 때문에, 그 발전 비용이 높을 수 밖에 없습니다. 이에 대해 지속적으로 로비를 해서, NEM 2.0이 2016부터 적용되었습니다. 아직은 2.0입니다. 1.0보단 불리해도, 유틸리티 회사를 배터리처럼 사용할수 있으므로, 배터리 설치 비용에 대한 return을 뽑기가 쉽지 않습니다. 

 

3.0: 3.0에 대한 완전한 정책은 정해지지 않았으나, 현재까지의 논의 사항으로는, 유틸리티 회사가, 고객으로부터 사들이는 전기에 대한 제한을 가할수 있다는내용입니다. 2.0에서는 가입자가 보내는 전기를 무조건 사야 합니다. 하지만 3.0에서는 전력 상황에 따라, 고객에게서 사지 않아도 되기 때문에, 가입자는 돈을 벌지 안 벌지 모르는 상황에서 Grid로 보내기 보다는, 배터리로 저장하는 것이 유리해져서, 별도로 배터리를 사야 하는 일이 생깁니다. 따라서 초기 설치비가 훨씬 비싸지죠. 

 

True up: NEM 플랜에서는, 발전량과 사용량에 대한 정산을 매달 하는게 아니라, 가입한 플랜에 따라, 매달할수도 1년에 한번 할수도 있습니다. 

 

MCE가입자: 정산을 매달 합니다. 정산을 해서 추가 발전전력에 대한 요금을 정산해 주는데, 당연히 가입자가 내는 전기 요금보다 훨씬 적은 요금을 받게 됩니다. 따라서 전력 회사에 전기를 팔아서 버는 수익이 별로 없습니다. 

 

PGE가입자: 정산을 1년에 한번 합니다. 정산을 1년에 한번 하는것이 굉장히 유리한데요, 솔라 전력은 여름에 생산량이 많고, 겨울에는 적습니다. 따라서 매달정산을 하게 되면, 겨울에는 유틸리티 회사에 계속 요금을 내야 하고, 여름에는 추가 생산량이 많으나, 유틸리티 회사에서 주는 크레딧이 작음에도 무조건 팔아야 합니다. 그런데 PGE는 1년에 한번 정산을 하므로, 겨울에는 -. 여름에는 +, 1년 평균으로 하면, 적정한 수준으로 맞출수 있습니다. 

 

NEM plan에 가입하면, NEM bill을 받게 되는데, 당연히 유틸리티 회사는 여러가지 부수적인 업무를 해야 하므로, 하루에 30센트이던가 수수료를 받습니다. 그래서 한달에 10불 정도 NEM요금을 내고, True up이 될때까진 전기 요금을 내지 않아도 됩니다. 

 

9. Verdict

 

그렇다면 솔라 패널을 설치하는 것이 돈을 절약하는 길이냐. 저는 3년 전까진 회의적이었습니다. 집안의 모든 가전을 전기 효율이 높은 제품을 바꾸었고, 전등은 전부 LED이기에, 봄/가을에는 전기 요금이 $100이 되지 않았습니다. 12월 전기 요금만 비교해 봤습니다. 

 

2015년에는 604kwh에 $116

2017년에는 544kwh에 $126

2021년에는 483kwh에 $145

 

너무 가파르게 오르죠. 저는 전기 사용량을 줄이고 있지만 요금은 6년동안 거의 60%쯤 올랐습니다. 앞으로도 더 오를것 같아요. 유틸리티 회사가 파산하기도 했고, wildfire mitigation때문에 계속 돈을 더 써야 할것 같거든요. 올해 전기 요금만 고려해도, 아마 6년쯤이면 본전을 뽑을것 같은데, 유가나 다른 인플레이션 영향을 생각하면 5년만에도 본전 뽑을것 같다는 생각도 듭니다. 전기차도 구입해서 집에서 쭉 충전할 예정이라, 당연히 그렇게 될것 같습니다. 패널의 수명이 25년이라고 하면 7년째부터는 이득이라는 이야기가 되는 셈이라, 경제적으로는 안할 이유가 없네요. 저는 론을 얻지 않았고, 초기에 돈을 100% 지불했기 때문에 인플레이션 영향을 고려해야 하는데, 그래도 7/8년이면 본전일것이라고 생각합니다. 

 

[업데이트] 밑의 헐퀴님께서 bypass diode에 대한 글을 적어주셔서, 그에 대한 부연 설명을 해야 될것 같습니다. 제 위의 글이 아주 정확하지 않으나 일단 history를 위해서 남겨두고 Bypass diode에 대한 추가 설명을 적어보겠습니다. 

 

이 글을 비롯한 몇가지 글을 참고했습니다. https://www.solaredge.com/sites/default/files/se_technical_bypass_diode_effect_in_shading.pdf

 

Screen Shot 2022-03-21 at 9.22.35 PM.png

패널에는 이미 built-in으로 3개 정도의 bypass diode가 있다고 합니다. 따라서 한구역에 shade가 든다고 해서 전체 패널이 전력 생산을 멈추지는 않는다고 합니다. 따라서 그에 따른 제 설명은 정확하지 않습니다. 하지만 bypass diode가 동작하는 방식에 맹점이 있습니다. 위의 패널의 예를 보면, 하나의 패널이 짙은 파란색인데 이 패널에 그림자가 졌다고 가정하겠습니다. 전체 패널의 수가 10개인데 그 중에서 3번만 그림자가 져서 80%정도 햇볕이 비춘다고 가정해 보겠습니다. 

Screen Shot 2022-03-21 at 9.24.38 PM.png

이렇게 될때 3번 패널은 한 구역의 패널에 그림자가 끼었기 때문에, bypass diode가 켜지면, 전압은 2/3으로 떨어지게 됩지만 전류는 유지됩니다. bypass diode가 꺼지면 전압은 유지되나 전류는 80%로 줄어듭니다. 계산을 쉽게 하기 위해서 각각의 구역은 3.3V 전압을 가지고, 전체 패널은 10V라고 가정하겠습니다. 

 

따라서 1번의 경우, 9*1A*10V+1A*6.6V로 96.6W가 됩니다. 

2번을 선택하면 0.8A*10=80W가 됩니다. 

 

보통 Bypass diode를 사용할때 효율이 더 높으므로 bypass diode를 켜게 되는데, 최대 96.6W가 됩니다. 이때 마이크로 인버터를 사용하면, 9*1A*10V + 0.8A*10V가 되어, 98W가 됩니다. 따라서 1.4W가 더 높게 됩니다.

 

보통은 패널에 비추는 태양빛이 아주 동일하지 않으므로 100%, 95%, 90%, 85%, 80%등등여러가지 상황이 되게 되는데, 이때 bypass diode를 켜는게 더 좋은지 안 키는게 더 유리한지 계산이 복잡하게 되는것 같습니다. 예를 들면, 태양빛이 95%인 경우, bypass diode를 켜게 되면, 패널의 효율은 하나의 패널은 6.6W가 되지만, bypass diode를 끄게되면 전체 패널의 효율이 95%가 되니까, 끄는게 유리합니다. 하지만 햇볕이 50%가 되면, 하나의 패널은 3.3W가 되지만, 전체 패널의효율은 50%가 되니까 bypass diode를 켜는게 유리하죠. 이럴땐 영향 받은 패널만 50%의 전력을 생산하는 것이 더 나을것 같습니다. 

 

따라서 DC optimizer라는 것을 사용해서, 전압을 조절해서, 전류를 일정하게 함으로써, 전체 시스템의 효율을 극대화 하는 것 같습니다. 

 

첨부 [4]

댓글 [62]

목록 스크랩

마일모아 게시판 [114,417] 분류

쓰기
1 / 5721
마일모아 사이트 맞춤 구글 검색