태양광 이슈 PAPER 시리즈 1- 장수명 태양광발전 운영을 위한 초기 대응책
표준화·체계화된 설비보수·유지관리 지침 필수
태양광 이슈 PAPER 시리즈 1- 장수명 태양광발전 운영을 위한 초기 대응책
표준화·체계화된 설비보수·유지관리 지침 필수
  • 한국에너지
  • 승인 2009.12.07 14:14
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▲ 안형근 지식경제부 태양광에너지 R&D PD 한국에너지기술평가원/ 건국대학교 전기공학과 교수
 

2008년은 아마도 유사 이래 가장 많은 결정질실리콘계 태양광 발전설비를 설치한 한해로 기록될 수 있으리라 본다. 이는 총 268MW를 설치함으로써 1995년 이래 12년 동안 설치한 총용량인 79.7MW의 3배를 훨씬 뛰어넘는 용량을 한 해에 설치한 기록이기 때문이기도 하다.

물론 이로 인해 국가적으로는 2023년까지 15년간 발전차액을 지원함으로써 상당한 재정적 부담을 가져온 것 또한 사실이며 결국 지금 현재 국회에서조차 법 제정을 위한 많은 논란이 되고 있는 RPS제도라고 하는 일부 강제 설치규정을 2012년부터 실시코자하는 원인 제공을 한 것 또한 사실이다.

국가적인 차원의 정책적인 판단은 차치하고라도 실제 중대형의 발전소를 운영하고 있는 발전사업자나 운영자 또는 이에 대한 투자를 한 투자자 입장에서는 그 출력이 곧 매출로 직결되는 상황에서 시시각각 발전소로부터 나오는 전기적인 출력에 민감하지 않을 수가 없다. 기상 상황 변화와 같은 자연현상에 의한 출력의 감소는 피할 수가 없으나 기 설치된 설비의 내구년한의 감소나 출력의 급격한 저하를 일으키는 모든 사유에 대해서는 항상 원인분석 이전에 부정적인 시각으로 밖에 바라볼 수 없는 현실일 것이다.

수 kW의 소형 태양광 발전설비에서부터 수십 MW급의 대형 발전설비에 이르기까지 최대의 출력을 유지하기 위한 방법에는 이미 발전설비의 선정단계에서 저가 저품질이 아닌 고효율 장수명의 셀 및 모듈 그리고 전력변환장치 등의 발전설비 구매가 최우선으로 진행되어야 할 사항이다. 물론 발전설비의 입지선정과 최대의 일사량을 위한 지형분석 및 설치 등은 이에 우선하여 실시되어야 함은 당연하다 하겠다.

이러한 발전설비가 설치된 이후의 최대 출력을 보장하기 위한 운전 방법은 기 설치된 시스템의 고장 발생 시의 대처능력에 따라 그 운영의 질이 평가 될 수 있으나, 이보다 더 중요한 것은 고장 발생 이전에 정형화된 형태의 지속적이고 정기적인 점검 및 유지보수 프로그램을 통해 고장 발생의 유형과 그 대처 방안을 준비하는 작업이 고 효율 장수명의 시스템을 통하여 최대의 출력과 이익을 보장할 수 있는 유일한 방법이 될 것이다. 

태양광 발전설비가 갖는 출력의 특징은 운영자가 인식할 수 없는 장기간에 걸쳐 다양한 원인으로 인해 출력의 감소가 지속적으로 발생하여 궁극적으로 시스템의 일정 부위에 고장이 급격히 발생하는 형태와 그 출력의 감소가 지속적으로 모듈 및 시스템 전반에 걸쳐 발생하는 즉 일사량 대비 출력곡선으로부터 밖에는 찾아낼 수 없는 열화현상(Degradation) 등의 두 가지 형태로 대별할 수 있을 것이다. 사용한 재질과 제품의 내구년한으로 인해 발생하는 문제는 발생 이후 그 결과에 기인하여 점차 불량의 범위가 지속적으로 확대되어 나타나는 현상이 일반적이기 때문에 태양광발전 설비에 대한 운영은 고장 발생 시의 대처도 중요하지만 이렇게 지속적으로 발생하는 고장의 유형을 사전에 파악함으로써 적절한 대책을 통하여 태양광 발전 시스템을 최적의 상태로 운전할 수 있을 것이다.

따라서 일상적인 고장발생 유형의 형태점검을 위한 방법 및 예측 모델을 개발하고 이들의 결과로부터 출력의 형태와 비교 분석함으로써 그 고장의 가능성을 찾아낼 수 있는 운영능력을 갖추어야한다. 

태양광 발전시스템은 통상 MW급 이하의 중소형의 경우에는 무인시스템으로 원격 관리하는 것이 보통이나 수십 MW이상의 태양광 발전설비와 같은 초대형 발전시스템은 잘 훈련된 운영 및 유지보수요원이 필요하다. 태양광 발전설비의 특징은 시스템 자체가 자동으로 운전하게 설계 제작되어 있으나 그 시스템 자체가 계통에 연계되어 있는 즉 발전설비의 출력이 한전의 계통라인과 연계되어 발전하는 경우에는 외부 시설에 막대한 영향을 줄 수 있는 이유로 인해서 전기적인 출력의 질은 물론 그 운영에 대해 발전설비 관련법규에 의해서 정기점검이 필수화되어야 한다.

이미 설치된 태양광 발전소는 설치 시 태양전지 모듈의 출력별 어레이를 구성하여 실 운전 전에 출력 특성을 평가 및 예측할 필요가 있으며 측정된 데이터는 향후 출력감소의 크기를 결정짓는 중요한 자료가 될 것이다. 즉 공인된 연구소 등을 통해 분석된 출력별 전기적인 특성을 바탕으로 향후의 모듈의 출력 저하를 손쉽게 파악할 수 있는 기초 데이터를 확보해야하며 이는 향후 보장된 연차별 출력 감소의 추이를 파악하여 기 계약된 계약서상의 출력 감소 발생 시의 실증 초기 데이터로 사용할 수 있는 근거자료가 될 것이다.

그러나 아쉽게도 기존에 설치되고 운영 중인 대부분의 태양광 발전설비는 시기적인 한계와 양적인 보급 위주의 설치로 인해 질적인 운영을 위한 기술의 축적없이 건설됐거나 운영 중에 있다. 따라서 설치 후의 보수 및 유지관리 측면에서 질적인 운영을 위한 대책 마련이 시급한 실정이다.

태양광발전에 대한 발전차액 지원 또는 보급사업으로부터 최대의 수익률을 올리는 것은 비단 회사나 운영자 및 투자자 차원의 수익률 증대의 효과만 있는 것이 아니며 이를 보조하는 국가의 예산에 대한 효율적으로 운영을 위해서도 반드시 필요한 사항이다. 따라서 최근 많은 수의 태양광발전 현장에서 일어나고 있는 다년간 발전 일사량의 감소나 수익률의 감소는 기후적인 요인 및 설치 부품의 질에서도 분명히 차이가 있으나 이는 대부분 모니터링되고 있는 데이터의 분석을 통해서 불량의 원인과 그 대처방법에 해당하는 기술적인 유지보수를 잘 못하는 결과에 기인한다 해도 과언이 아니다.

또한 이러한 효율 및 출력의 감소는 설치 제품의 내구성과 더불어 설치 및 시공 상의 타당성을 포함한 유지보수 대책의 결여로 인해 막대한 경제적 손실을 가져오기도 한다.
또한 장기적인 대책의 부재는 결국 발전시스템의 우수성을 나타내는 지표인 운전효율을 포함한 발전된 일사량 데이터의 공개도 꺼려함으로써 사업을 하는 회사의 신인도는 물론 전체 태양광 시장의 신뢰도 하락으로 연결될 수 밖에 없는 상황까지 갈 것이다.

2008년도에 설치한 발전설비의 성능이 초기출력대비 최대 1% 이상 발생을 하는 시스템이 다수 발생하는 상황이라면 15년은 차치하더라도 당장 2년, 3년 후의 결과는 명약관화한 것으로 제2의 태양열 산업화가 되지 않을까 심히 우려가 된다. 이는 비단 나대지에서 발전사업을 하는 영역뿐만 아니라 향후 국가가 많은 인센티브로서 장려하고 있는 박막형 태양전지나 염료감응 및 유기 태양전지와 같은 차세대 태양전지를 이용한 건물일체형 태양광발전(BIPV, Building Integrated Photovoltaics)시설의 설치 및 운영에도 많은 영향을 끼치리라 본다. 

따라서 지리적인 특성 평가 및 일사량 분석에 따른 수익성 검토를 거쳐 운영하는 태양광 발전소는 철저한 유지보수 및 운영체계 하에 진행되어야 함은 물론이며, 안전하고 효과적인 보수 및 운영지침으로부터 태양광발전의 생산성을 극대화하여 사용할 수 있도록 시스템 일체화(Integ ration)차원에서 보수 및 유지관리를 시행해야 하고, 이를 바탕으로 적절한 교육과 실무 경험을 통하여 운영자가 현장에서 효과적으로 제어할 수 있는 표준화되고 체계화된 설비보수 및 유지운영 관리지침이 반드시 필요할 것이다.

끝으로 이러한 지침을 이용해 2009년 1월 국내 인증제도가 시행되기 이전인 2008년 및 그 이전에 설치된 태양광 모듈들에 있어서는, 1년이 지난 이 시점에서의 출력의 감소나 연차별 출력 감소의 크기를 표준시험조건(STC, Standard Test Condition)에서 측정해 봄으로써 설치된 모듈 및 인버터의 성능을 확인해 볼 수 있으리라 판단되며 이들의 출력편차로부터 모듈 및 시스템 공급자 및 운영자 간의 계약사항을 점검함으로써 향후 장기적인 태양광 발전 설비의 성능을 가늠해 볼 수 있는 절호의 기회라 할 수 있다.

▲ 표준화·체계화 된 설비보수 및 유지관리 지침으로 운영되고 있는 삼성에너빅스의 18.4MW 규모 김천 태양광발전소 전경


[태양광 이슈 PAPER 시리즈 2]
장수명 태양광발전 운영을 위한 유지보수기법

 


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