신재생에너지발전설비기능사(태양광) 필기시험 2회 핵심요약노트 및 실전테스트

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📝 신재생에너지발전설비기능사(태양광) 

필기시험 2회 핵심 요약노트







아래에 정리되어 있는 핵심포인트를 먼저 공부하신 후에

실전테스트를 하는 것을 권해 드립니다.


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1. 신재생에너지 및 태양광 기초 이론


1.1 신에너지 및 재생에너지 구분 (법적 정의)

  • 재생에너지: 태양, 풍력, 수력, 해양, 지열, 바이오, 폐기물, 수열.

  • 신에너지: 수소에너지, 연료전지, 석탄을 액화·가스화한 에너지, 중질잔사유를 가스화한 에너지.


1.2 태양전지 작동 원리

  • PN접합: 전기적 성질이 다른 두 반도체(P형, N형)를 접합시킨 경계 부분입니다. 태양전지의 기본 구조를 이룹니다.

  • 광전효과 (Photoelectric Effect): 빛의 진동수가 어떤 한계 진동수보다 높은 빛이 금속에 흡수되어 전자가 생성되는 현상을 뜻하며, 태양전지 이론의 배경이 됩니다.

  • 광기전력 효과 (Photovoltaic Effect): 어떤 종류의 반도체에 빛을 조사하면, 조사된 부분과 조사되지 않은 부분 사이에 전위차(광기전력)를 발생시키는 현상입니다.

  • 태양전지 셀 제조 공정 순서:

    1. 실리콘 입자 (폴리실리콘)

    2. 잉곳 (실리콘 덩어리)

    3. 웨이퍼 슬라이스

    4. 셀 제작

    5. 태양전지 모듈 제작


1.3 표준 시험 조건 (STC, Standard Test Condition)

태양전지(셀/모듈)의 변환 효율을 테스트하기 위한 표준 조건입니다.

  • 일사량 (에너지양): 1,000 W/m²

  • 모듈 온도: 25℃

  • 스펙트럼 (대기질량): AM 1.5


1.4 태양광 모듈 효율 계산

모듈의 효율(%)은 다음 공식으로 계산합니다.

공식: (모듈 출력 W / (일사량 W/m² × 모듈의 면적 m²)) × 100

예시 문제 풀이:

  • 모듈 출력 240 W, 일사량 1,000 W/m², 면적 1.5 m² 일 경우: (240 / (1,000 × 1.5)) × 100 = 16 %



2. 태양광 발전 시스템 구성 및 부품


2.1 태양전지 모듈의 구조

  • 결정형 모듈의 일반적인 구조 순서 (외부에서 내부):

    1. 유리

    2. EVA (투명수지)

    3. 셀

    4. EVA (투명수지)

    5. Back Sheet (후면 시트)


2.2 어레이 구성의 요소 결정

  • 스트링 (String): 태양전지 모듈이 전기적으로 접속된 하나의 직렬군입니다.

  • 직렬 결선수: 인버터의 동작 전압에 따라 결정됩니다. (전압 상승)

  • 병렬 결선수: 태양광 어레이의 출력 전류를 결정합니다. (전류 상승)

    • $n$개를 직렬로, $m$줄을 병렬로 접속하면: 전압 $n$배 증가, 전류 $m$배 증가.

  • 단락 전류 측정: 태양전지 모듈의 이상 유무를 검출할 수 있습니다.


2.3 다이오드의 기능

  • 바이패스 다이오드 (Bypass Diode): 그늘이나 셀 고장으로 일부 셀에서 발전이 되지 않을 경우, 전류의 우회로를 목적으로 설치하여 셀의 과열(핫스팟)을 방지합니다.

    • 선정 기준: 스트링의 공칭 최대 출력 동작 전압의 1.5배 이상의 역내압을 가진 소자를 사용합니다.

  • 역류방지 다이오드 (Blocking Diode): 태양광 모듈에서 접속함으로의 역류(야간 등)를 방지하는 소자입니다.

    • 접속함 내에 설치됩니다.


2.4 건축물 일체형 태양광 (BIPV)

  • 건물일체형 태양광 (BIPV, Building Integrated Photovoltaics): 태양광 모듈을 건축물의 외장 자재의 일부 기능으로 변경하여 전기 생산과 건축자재 역할을 동시에 수행하는 설비입니다.

  • 건물부착형 태양광 (BAPV, Building Applied Photovoltaics): 건축물 지붕이나 외벽 등에 밀착하여 설치하는 일반적인 설비입니다.



3. 인버터(PCS) 및 계통연계


3.1 인버터 (PCS)의 주요 기능

인버터는 직류를 교류로 변환하는 핵심 장치입니다.

  • 직류를 교류로 변환

  • 최대 전력점 추종 (MPPT)

  • 계통연계 보호

  • 자동 운전 정지

  • 단독 운전 방지 기능 (주요 기능)

    • 능동적 방식: 유효전력 변동방식, 무효전력 변동방식, 주파수 시프트방식, 부하 변동방식 등이 있습니다.

    • 단독 운전 방지 기능: 상용 전원 정전 시 시스템에서 계통으로 전력 공급을 차단하는 기능입니다.


3.2 인버터 접속 방식

  • 주요 접속 방식: 중앙 집중형 인버터 방식, 스트링 인버터 방식, 마스터-슬레이브 방식, 모듈 인버터 방식(AC 모듈 방식).


3.3 인버터 변압기 유형

  • 상용주파 변압기형 (저주파 변압기형):

    • 장점: 구조가 간단하고 절연이 가능하여 안전성이 높습니다.

    • 단점: 효율이 낮고 중량이 무겁고 부피가 큽니다.

    • 용도: 절연 장점 때문에 중대용량 시스템에서 주로 채용됩니다.


3.4 계통 연계 전압 기준 (한전 연계)

설비 용량에 따른 한전 계통 연계 전압 기준은 다음과 같습니다.

  • 100 kW 미만: 단상 220 V 또는 380 V

  • 100 kW 이상 ~ 20,000 kW 미만: 3상 22.9 kV

  • 20,000 kW 이상: 3상 154 kV

  • 예시: 200 kW 설비는 22.9 kV를 사용합니다.



4. 설치 및 시공 기준


4.1 시공 순서

태양광 발전 시스템의 일반적인 시공 순서는 다음과 같습니다.

  1. 토목공사

  2. 반입 자재 검수

  3. 기기 설치 공사

  4. 전기 배관 배선 공사

  5. 점검 및 검사


4.2 안전 장비 및 공구

  • 안전대: 높은 곳에서 추락을 방지하기 위해 착용하는 장비입니다.

  • 토크 렌치: 볼트를 일정한 힘으로 조여주는 공구입니다.


4.3 기초 공법

  • 파일 기초: 지반이 연약하거나 암반층까지 지지하도록 시공할 때 사용됩니다.

  • 보링 그라우팅 공법: 지반이 연약할 때 기계로 구멍을 뚫고 시멘트풀을 넣어 흙의 공극을 채워 지반을 튼튼하게 하는 공법입니다.


4.4 구조물 상정 하중 (설계 시 고려 사항)

  • 태양광 발전시스템 구조물의 상정 하중은 다음 4가지를 고려합니다.

    1. 고정 하중 (구조물 자체 무게)

    2. 풍 하중 (바람)

    3. 적설 하중 (눈)

    4. 지진 하중 (지진)


4.5 설치 및 배선 기준

  • 모듈 온도 상승 방지 간격: 태양전지 모듈의 효율 저하를 막기 위해 지붕 바닥면과 모듈 프레임 밑면은 최소 10 cm 이상의 간격을 두어 배면 환기를 유도해야 합니다.

  • 케이블 차수 처리: 처마 밑 배선 시 물의 침입 방지를 위해 케이블 차수 처리 지름은 케이블 지름의 6배로 합니다.

  • 최소 전선 굵기: 태양광 전지 모듈 간 배선에서 단락 전류를 충분히 견딜 수 있는 전선의 최소 굵기는 공칭 단면적 2.5 mm² 이상의 연동선입니다.


4.6 전선 길이에 따른 전압 강하 허용치

태양전지 모듈에서 인버터 입력단 간, 그리고 인버터 출력단과 계통연계점 간의 전압 강하는 다음 기준을 초과하지 않아야 합니다.

  • 60 m 이하: 3%

  • 120 m 이하: 5%

  • 200 m 이하: 6%

  • 200 m 초과: 7%



5. 전기 설비 및 접지 기준


5.1 AC 도체 전선 식별 규정 (KS C IEC 60446)

AC 도체 전선의 색상 식별 규정은 다음과 같습니다.

  • L1 (상도체 1): 갈색

  • L2 (상도체 2): 흑색

  • L3 (상도체 3): 회색

  • N (중성선): 파란색

  • 보호도체 (PE): 녹색-노란색


5.2 절연 저항 기준

  • 사용 전압 350 V인 전력설비의 절연 저항: 주회로 및 분기회로 배선과 대지 간의 절연 저항은 1.0 MΩ 이상이어야 합니다.


5.3 접지 시스템 및 접지극

  • 접지 시스템의 구분: 계통접지, 보호접지, 피뢰시스템 접지.

  • 접지극 매설 깊이: 고압 이상의 전기설비와 변압기 중성점 접지에 의한 접지극은 지표면으로부터 지하 0.75 m 이상의 깊이에 매설해야 합니다.

  • 금속체 수도관로 사용: 접지극으로 사용하려면 대지와의 전기저항 값이 3 Ω 이하의 값을 유지해야 합니다.


5.4 피뢰 대책 기기

  • 어레스터 (Arrester): 낙뢰에 의한 충격성 과전압에 대하여 전기설비의 단자 전압을 규정치 이내로 저감시켜 정전을 일으키지 않고 원상태로 회귀하는 장치입니다.

  • 피뢰 소자 (SPD, Surge Protective Device): 낙뢰나 스위칭 개폐 등에 의해 발생되는 순간 과전압으로부터 기기 손상을 방지하기 위해 설치합니다. 접속함 내부 구성 기기 중 하나입니다.


5.5 책임 분계점 기기

  • COS (Cut-Out Switch): 한전과 발전 사업자 간의 책임 분계점에 사용되는 기기입니다.



6. 유지보수 및 안전 관리


6.1 점검 항목 및 순서

  • 일상 점검: 설비의 운전 중 주로 육안에 의해서 실시하는 점검입니다.

  • 정기 점검: 육안 점검과 시험 및 측정을 통해 이루어집니다.

  • 태양광 모듈 육안 점검 항목: 표면의 오염 및 파손 상태, 접속 케이블의 손상 여부, 지지대의 부식 여부.

  • 이상 작동 시 응급 조치 순서:

    1. 접속함 내부 차단기 개방 (Off)

    2. 인버터 개방 (Off)

    3. 설비 점검


6.2 안전 관리 및 감전 방지 대책

  • 강우 시 작업: 강우 시에는 감전, 미끄럼 등의 안전사고 문제로 작업을 하지 않습니다.

  • 감전 방지 대책:

    • 작업 전 태양전지 모듈의 표면에 차광 시트를 붙여 태양광을 차단합니다.

    • 저압 절연 장갑을 사용합니다.

    • 절연 처리된 공구를 사용합니다.


6.3 안전 관리 대행 용량 (전기사업법)

  • 안전공사 및 대행사업자가 안전 관리 업무를 대행할 수 있는 태양광 발전설비 용량: 1,000 kW 미만 (원격감시제어기능을 갖춘 경우 3,000 kW 미만)


6.4 법적 하자보증 기간

  • 신재생에너지 설비 설치 후 법으로 정한 하자보증 기간은 3년입니다.



7. 기타 사항

  • 축전지 조건: 긴 수명, 저렴한 유지보수 비용, 낮은 충전 전류로 충전 가능, 낮은 자기방전 성능 (높은 자기방전은 단점).

  • 저압 가공 인입선: 나전선은 사용해서는 안 되며, 케이블, 절연전선, 다심형 전선 등을 사용해야 합니다.

  • 공급 의무자 (RPS): 한국수력원자력, 중부발전, 서부발전, 남부발전, 동서발전 등 50만 kW 이상 발전 설비를 보유한 자, 한국수자원공사, 한국지역난방공사 등이 해당되며, 한국가스공사는 해당하지 않습니다.

  • 기후위기 적응대책: 기후위기 대응을 위한 탄소중립·녹색성장 기본법에 고시된 공공기관의 기후위기 적응대책은 5년마다 수립해야 합니다.






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