재생 가능 에너지로의 전 세계적 전환으로 인해 태양광(PV) 시스템이 지속 가능한 발전의 초석으로 자리 잡았습니다. 종종 노출된 실외 위치에 설치되고 광범위한 전기 네트워크에 연결되는 이러한 시스템은 일반적으로 서지 또는 스파이크로 알려진 일시적인 과전압에 본질적으로 취약합니다. 낙뢰와 같은 외부 소스와 그리드나 인버터 내 스위칭 작동과 같은 내부 소스에서 발생하는 이러한 서지는 시스템의 무결성과 수명에 심각한 위협이 됩니다. 결과적으로, 서지 보호 장치(SPD)의 통합은 단순한 개선이 아니라 모든 PV 설치의 신뢰성, 안전성 및 경제적 실행 가능성을 보장하기 위한 중요한 필요성입니다.
PV 시스템의 서지 위협 원인
효과적인 보호를 구현하려면 서지의 원인을 이해하는 것이 중요합니다. 위협은 두 가지입니다.
외부 서지(번개): PV 어레이 또는 주변 접지에 직접 낙뢰가 닥치면 치명적인 손상이 발생할 수 있습니다. 보다 일반적으로 간접 충격은 시스템의 전기 전도체 및 금속 구성 요소에 막대한 과전압을 유발합니다. 멀리 떨어져 있는 충격에도 전자기 펄스가 PV 설치의 광범위한 배선에 결합될 수 있습니다.
내부 서지(스위칭 과도 현상): 이는 전기 시스템 자체 내에서 생성됩니다. 회로 차단기, 접촉기의 작동 또는 인버터 전력 전자 장치의 빠른 전환으로 인해 고주파-주파수 전압 스파이크가 발생할 수 있습니다. 또한 커패시터 뱅크 스위칭과 같은 전력망의 변동도 PV 시스템으로 전파될 수 있습니다.
보호 장치가 없으면 이러한 일시적인 과전압으로 인해 주로 PV 모듈과 인버터와 같은 민감하고 값비싼 구성 요소가 즉각적이고 돌이킬 수 없이 파괴될 수 있습니다. 또한 절연체와 전자 부품의 누적 성능 저하를 유발하여 조기 고장을 일으키고 시스템 수명을 단축시킬 수도 있습니다.
PV 시스템에서 SPD의 역할과 배치
SPD는 전기 시스템의 압력 릴리프 밸브 역할을 합니다. 서지 전류를 안전하게 접지로 전환하여 연결된 장비에 안전한 수준으로 전압을 고정함으로써 일시적인 과전압을 제한합니다. PV 시스템을 위한 포괄적인 SPD 전략에는 조닝(zoning)이라고도 하는 조정된 다단계 접근 방식이 포함됩니다.{2}}
DC 측면 보호(PV 어레이에서 인버터로): 태양광 패널과 인버터로 연결되는 케이블로 구성된 시스템의 DC 측면은 낙뢰-로 인한 서지에 매우 취약합니다.
유형 1 SPD는 일반적으로 주 DC 결합기 박스에 설치됩니다. 이 제품은 직접 또는 인근 낙뢰로 인한 매우 높은 충격 전류를 견디도록 설계되어 1차 방어선을 제공합니다.
이러한 SPD는 가장 취약하고 교체 비용이 많이 드는 구성 요소 중 하나인 DC 케이블과 인버터의 DC 입력단을 보호합니다.
AC 측면 보호(인버터-그리드 연결): 인버터의 AC 출력과 주 그리드 연결 지점에도 강력한 보호가 필요합니다.
유형 2 SPD는 AC 배전반에 설치되며, 대개 인버터 출력 근처에 설치됩니다. 이들의 주요 역할은 그리드에서 발생하는 과도 스위칭 및 서지로부터 보호하여 인버터의 AC 출력 회로가 손상되지 않도록 방지하는 것입니다.
PV 시스템이 건물에 설치된 경우 전체 전기 설비에 대한 조화로운 보호를 제공하는 유형 1 SPD가 주 서비스 입구에도 필요할 수 있습니다.
데이터/통신 회선 보호: 최신 PV 시스템에는 모니터링 및 통신 장비가 포함되는 경우가 많습니다. 데이터 라인(예: 이더넷, RS485)용 SPD는 통신 케이블에 유도된 서지로부터 이러한 민감한 신호 포트를 보호하는 데 필수적입니다.
SPD 선택 시 주요 고려 사항
올바른 SPD를 선택하려면 다음과 같은 몇 가지 기술 매개변수가 필요합니다.
최대 연속 작동 전압(Uc): 최대 시스템 전압(DC 및 AC 모두)보다 높아야 합니다.
전압 보호 수준(위): 장비에 전달되는 최대 전압입니다. Up이 낮을수록 더 나은 보호 기능을 제공하지만 장비의 내전압과 호환되어야 합니다.
공칭 방전 전류(In) 및 임펄스 전류(Iimp): 이 등급은 SPD의 서지 전류 방전 능력을 나타냅니다. 유형 1 SPD는 Iimp를 특징으로 하고 유형 2는 In을 특징으로 하며 서로 다른 보호 역할을 반영합니다.
결론적으로, 태양광 발전 시스템이 에너지 인프라의 필수적인 부분이 되면서 이러한 투자를 보호하는 것이 무엇보다 중요해졌습니다. 서지 보호 장치는 일시적인 과전압으로 인한 위험을 완화하는 강력하고 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다.{1}} 시스템의 DC 및 AC 측면을 모두 포괄하는 잘 설계된 SPD 체계를 구현함으로써 설치자와 소유자는 시스템 가동 시간을 크게 향상시키고, 귀중한 자산을 보호하며, 청정 태양 에너지를 장기적으로 안정적으로 생성할 수 있습니다.- 이 비판을 무시함
