태양광 인버터 역할과 종류 총정리 | 교체 판단 기준

한국에너지공단 신·재생에너지센터의 「신재생에너지 설비의 지원 등에 관한 지침」 [별표 1] 시공기준은 태양광 발전용 인버터를 KS 인증제품으로 설치하도록 정하고 있습니다(센터장이 인정하는 경우 예외).

막상 발전량이 내려앉으면 모듈 문제인지 인버터 문제인지부터 판단이 서지 않으실 텐데요.

태양광 인버터가 실제로 맡는 일, KS 표준이 나누는 종류, 교체를 판단할 때 볼 항목까지 정리해 드리겠습니다.

"인버터는 직류를 교류로 바꿔주는 장치"라고 알고 계신 경우가 많습니다. 맞는 설명입니다. 다만 절반입니다.

신·재생에너지센터는 인버터를 "태양전지에서 생산된 직류전기(DC)를 교류전기(AC)로 바꾸는 기기"로 설명하는데, 한전계통에 붙는 순간 보호 요건이 한 겹 더 붙습니다.

💡 태양광 인버터란?

태양전지에서 생산된 직류전기(DC)를 교류전기(AC)로 바꾸는 기기입니다.

모듈에서 나온 직류 전력을 모아 인버터로 전달하는 설비는 접속함입니다.

계통에 연계된 인버터에는 끊어야 할 순간이 정해져 있습니다. 한국전력 「송·배전용 전기설비 이용규정」 [별표] 분산형전원 배전계통 연계기술 기준은 단독운전 상태가 생기면 이를 감지해 발생 후 최대 0.5초 이내에 한전계통에 대한 가압을 중지하도록 규정합니다. 선로에 작업자가 붙어 있는데 우리 발전소가 그 선로를 계속 살려두면 안 되기 때문입니다.

전압과 주파수도 감시 대상입니다. 같은 기준 는 기준전압 대비 50% 미만이면 0.5초, 120% 이상이면 0.16초 안에 가압을 멈추도록 정합니다. 50~70%와 70~90% 구간은 2.00초, 110~120% 구간은 1.00초입니다. 주파수는 에서 용량과 무관하게 61.5Hz를 넘으면 0.16초, 57.5Hz 미만이면 300초, 57.0Hz 미만이면 0.16초로 나뉩니다.

끊었다고 바로 붙지도 않습니다. 같은 기준은 이상이 생긴 뒤 전압과 주파수가 정상 범위로 복원되고 그 범위에서 5분간 유지되지 않으면 재병입이 일어나지 않도록 지연기능을 갖추라고 정합니다.

계통이 아직 출렁이는데 설비가 먼저 들어가는 상황을 막는 장치입니다. 분리시간은 비정상 상태의 시작부터 계통 가압 중지까지의 시간을 뜻하고, 필요할 경우 정정치를 현장에서 조정할 수 있어야 합니다.

같은 기준은 전기 품질과 가압 조건에도 선을 그어 두고 있습니다. 네 항목입니다.

✅ 직류 유입 최대 정격 출력전류의 0.5% 초과 금지

✅ 역률 90% 이상 유지가 원칙

✅ 저압 순시전압변동률 돌입전류가 필요한 발전원은 6% 초과 금지

✅ 계통이 가압되지 않은 상태 분산형전원이 먼저 가압 금지

저압계통에 연계하는 경우라면 인버터를 포함한 연계 시스템에 보호기능이 내장돼 있을 때 별도의 보호장치 설치를 생략할 수 있습니다. 다만 100kW 이상 저압계통에 연계하는 분산형전원은 보호기능이 내장돼 있어도 연계시스템 전체에 대한 별도 보호장치를 설치해야 합니다.

3상 설치자가 단상 분산형전원을 조합해 저압계통에 연계한다면 결상이나 전압불평형 등을 감지해 3상 전체를 차단할 보호장치가 따로 필요합니다. 생략이 되는 경우에도 단락·지락 보호장치, 과·저전압 계전기, 과·저주파수 계전기라는 기능 자체가 없어지는 것은 아닙니다.

인버터를 여러 대 놓을 때도 조건이 붙습니다. 같은 기준 제17조는 단위 분산형전원에 2대 이상의 인버터를 쓰면 인버터 상호 간섭으로 단독운전 검출 감도가 영향을 받을 수 있으니 설치자가 이를 방지하라고 적고 있습니다. 대수를 늘리는 설계라면 여기서 한 번 걸러야 합니다.

태양광 인버터 종류를 고를 때는 KS 표준명부터 맞춰두시는 편이 빠릅니다.

계통연계형과 독립형을 함께 다루는 표준이 KS C 8565 「태양광 발전용 인버터(계통연계형, 독립형)」이고,

별도로 KS C 8560 「태양광발전용 마이크로인버터(계통연계형, 독립형)」가 있습니다.

KS C 8560은 정격 출력 1kW 이하, 직류 입력전압 150V 이하, 교류 출력전압 380V 이하인 마이크로인버터의 시험방법과 평가기준을 정합니다.

바뀐 게 하나 있습니다. 정격 출력 1kW 초과 10kW 이하를 다루던 KS C 8564 「소형 태양광 발전용 인버터」는 2023년 8월 14일 폐지됐고, 같은 날 KS C 8565가 적용범위 확대와 표준명 변경으로 개정되면서 통합됐습니다. 2023년 이전 자료를 그대로 옮겨 적은 사양서라면 표준번호부터 다시 보셔야 합니다.

설비 전체로 보면 구분은 또 달라집니다. 신·재생에너지센터는 태양광 발전시스템을 계통연계형, 독립형 시스템, 하이브리드 시스템으로 나누고, 계통연계형은 한전계통선이 들어오는 지역의 주택·빌딩·대규모 발전시스템에, 독립형은 등대·중계소·인공위성·도서·산간·벽지 등에 쓴다고 설명합니다.

용량은 크게 잡는다고 유리해지지 않습니다.

시공기준은 인버터 설치용량을 사업계획서상 인버터 설계용량 이상으로 두되, 인버터에 연결된 모듈의 설치용량은 인버터 설치용량의 105% 이내여야 하고 각 직렬군의 태양전지 개방전압이 인버터 입력전압 범위 안에 있어야 한다고 정합니다. 용량과 전압, 두 가지를 동시에 맞춰야 한다는 뜻입니다.

배선도 인버터 쪽 조건을 따릅니다. 시공기준은 모듈 간 직렬군을 동일한 단락전류를 가진 모듈로 구성하고, 1대의 인버터(멀티스트링의 경우 1대의 최대 출력점 추종제어기(MPPT))에 연결된 직렬군이 2개 병렬 이상이면 각 직렬군의 출력전압과 출력전류가 동일하게 형성되도록 배열하라고 적습니다. 직렬군을 섞어 붙이면 이 조건이 깨집니다.

놓을 자리도 정해져 있습니다. 인버터는 실내용과 실외용을 구분해 환기가 잘 되는 장소에 설치해야 하고, 실외용은 실내에도 설치할 수 있습니다. 시공 가이드라인은 여기에 직사광선에 노출되지 않을 것, 사람과 지속적으로 접촉되지 않고 이동에 방해되지 않을 것을 더합니다. 접속함은 인버터 발산열로 내부온도가 올라가지 않도록 인버터와 다른 선상에 두고, 필요시에는 방열장치를 적용해 안전성을 높이도록 되어 있습니다. 낙뢰가 잦은 지역이라면 접속함 내부에 SPD를 설치해 설비를 보호합니다.

용량 구간별 서류도 다릅니다. 지침 부칙은 2018년 10월 1일부터 250kW 이하 태양광발전용 인버터는 KS인증 받은 설비를 우선 설치하도록 정했고, 인버터 용량이 1,000kW를 초과하는 경우에는 품질기준(KS C 8565)을 준용해 「절연성능」, 「보호기능」, 「정상특성」 등을 만족하는 시험결과가 포함된 시험성적서를 설비(설치)확인 신청 시 센터에 제출하면 사용할 수 있습니다.

태양광 인버터 교체를 고민하실 때 가장 먼저 보실 것은 숫자입니다. 시공기준은 인버터에 입력단(모듈출력)의 전압·전류·전력과 출력단(인버터출력)의 전압·전류·전력·주파수·누적발전량·최대출력량(peak)이 표시되도록 정하고 있습니다. 누적발전량과 최대출력량이 같은 계절, 같은 시간대에 어떻게 달라졌는지가 첫 단서입니다.

모니터링 쪽에도 기준값이 있는데요. [별표 2] 모니터링 설비 설치기준은 태양광 설비에서 일일발전량을 시간당 24개, 생산시간을 1일 1개로 누적 모니터링하도록 하고 측정 항목을 "인버터 출력"으로 적고 있습니다. 계측설비 요구사항은 인버터 CT 정확도 3% 이내(인증 인버터는 면제), 전력량계 정확도 1% 이내입니다. 인버터와 전력량계는 허용 정확도가 애초에 다르게 정해져 있습니다.

이상이 생겼을 때 신호가 오는 자리도 정해져 있습니다. 접속함은 지락·낙뢰·단락 등으로 태양광설비에 이상현상이 발생하면 경보등이 켜지거나 경보장치가 작동해 즉시 외부에서 육안으로 확인할 수 있어야 합니다(실내에서 확인 가능한 경우 예외). 센터는 모니터링 시스템을 "시스템의 상태를 파악하고 고장 및 이상을 진단"하는 설비로 설명합니다. 경보등과 모니터링, 인버터 표시값 세 곳을 같은 날짜로 맞춰 보시면 판단이 빨라집니다.

점검할 항목은 이미 서식으로 정리돼 있습니다.