신재생에너지발전설비기능사(태양광) 필기시험 5회 핵심요약노트 및 실전테스트

📝 신재생에너지발전설비기능사(태양광)

필기시험 5회 핵심 요약노트

아래에 정리되어 있는 핵심포인트를 먼저 공부하신 후에

본 글 최하단에

실전테스트를 하시면 됩니다.

1. 태양광 발전 기초 이론 및 특성

태양전지 원리 및 종류

광기전 효과 (Photovoltaic Effect): 태양전지의 기본 원리입니다. 빛에너지를 전기에너지로 직접 변환합니다.
전류-전압 (I-V) 특성 곡선: 태양전지 모듈에 입사된 빛에너지가 변환되어 발생하는 전기적 출력을 나타내는 곡선입니다.
다결정 실리콘 태양전지:
- 제조 공정: 실리콘 입자 → 잉곳 → 웨이퍼 슬라이스 → 셀 → 태양전지 모듈 순서입니다.
- 잉곳 모양: 사각형 틀에 넣어 만들어 셀의 모양도 사각형입니다.
- 특징: 공정이 단결정보다 간단하여 제조 비용이 낮고, 변환 효율이 단결정에 비해 약간 낮습니다.
표준시험조건 (STC):
- 일사량: 1,000 W/m²
- 전지온도: 25 ± 2°C (허용오차)
- 태양 스펙트럼: AM 1.5

효율 및 용량 계산

태양전지 어레이 변환 효율 (η):
- η = (P / (G × A)) × 100%
- (P: 어레이 출력 전력(kW), G: 일사량(kW/m²), A: 어레이 면적(m²))
AM (Air Mass) 1.5 적용: 태양과 지표면과의 각도는 약 42도 입니다.
필요 모듈 수 계산:
- 필요 모듈 수 = 전체 시설 용량 (W) / 1개의 모듈 용량 (W)
- (예: 필요 용량 3kW, 모듈 102W 일 때, 3000/102 ≈ 30개)

2. 시스템 구성 및 제어 기술

보호 장치 및 부품

역류방지 다이오드: 다른 태양전지 회로나 축전지에서 전류가 모듈 쪽으로 돌아 들어가는 것을 방지하기 위해 접속함 등에 설치합니다.
바이패스 다이오드: 모듈 일부에 음영이 발생했을 때 과열(Hot Spot)을 방지하기 위해 사용됩니다.
- 선정 기준: 스트링의 공칭 최대출력 동작전압의 1.5배 이상의 역내압을 가진 소자를 사용합니다.
피뢰침: 태양광 발전설비가 개방된 곳에 설치되어 낙뢰로부터 시스템을 보호합니다.

인버터 (Power Conditioner, PC)

단독운전 방지기능: 계통 측에 정전이 발생한 경우 계통 측으로 전력이 공급되는 것을 방지하는 기능입니다.
- 능동적 방식 (Active): 무효전력 변동방식, 주파수 시프트 방식, 유효전력 변동방식, 부하 변동방식.
- 수동적 방식 (Passive): 주파수 변화율 검출방식은 수동적 방식에 속합니다.
최대전력 추종제어기능 (MPPT): 일사량과 셀 온도 변동에 따라 항상 최대출력점을 추종하도록 인버터의 직류 동작전압을 변화시키는 기능입니다.
절연 방식:
- 상용주파 변압기 절연방식: 태양전지의 직류 출력을 교류로 변환한 후 변압기에서 60Hz로 절연하는 방식입니다.
- 무변압기형 방식 (Non-isolated):
  - 장점: 소형 경량화 가능, 타 방식 대비 효율 높음, 가격 저렴.
  - 단점: 변압기를 사용하지 않아 상용 전원과의 절연 측면에서 불완전합니다.

3. 시공, 배선 및 안전 기준

전압 강하 및 배선 규격

태양광 모듈에서 인버터까지의 전압 강하 계산식:
- Vd = (35.6 × L × I) / (1,000 × A)
- (L: 전선 길이(m), I: 전류(A), A: 전선의 단면적(mm²))
허용 전압 강하 기준:
- 태양전지 모듈에서 인버터 입력단 간 전압 강하: 3% 이하
- 인버터 출력단에서 계통 연계점 간 전압 강하: 3% 이하 (총 6% 이하)
전선관 내 전선 비율: 굵기가 다른 케이블 배선 시, 전선의 피복 절연물을 포함한 단면적의 합은 전선관 내부 단면적의 32% 이하가 되어야 합니다. (굴곡이 적을 경우 48% 이하)
합성수지관 지지점 간 거리: 1.5m 이하로 시설해야 합니다.
지중 배선: 어레이를 지상에 설치할 때 배선 케이블 길이가 30m를 넘는 경우 중간 개소에 지중함을 설치할 수 있습니다.

계통 연계 및 보호

책임 분계점 기기: 한국전력과 발전사업자 간의 책임 분계점 기기는 COS (Cut-Out Switch) 입니다.
22.9kV 특고압 계통 연계 순서:
- 인버터 → 저압반 → 변압기 → 고압반 → MOF (계기용 변성기) → LBS (부하 개폐기)
울타리 및 담 시설 기준 (1,200V 시스템):
- 최대 개방 전압이 직류 750V 초과 1,500V 이하인 경우 높이 2m 이상의 울타리 설치.
- 울타리 하단과 지표면 사이의 간격은 0.15m (15cm) 이하로 설치합니다.
내부 피뢰 시스템: 피뢰등전위본딩, 차폐, 안전이격거리, 서지보호장치(SPD), 접지 등이 있습니다.

4. 유지보수 및 점검

점검 및 확인 사항

태양전지 어레이 시공 후 확인 사항: 극성 확인, 전압 확인, 단락 전류 확인, 양극과의 비접지 확인 (양극 접지 확인은 틀린 항목).
어레이 점검 시 최우선 항목: 개방 전압을 측정하여 시험 성적서와의 일치 여부를 확인하는 것이 최우선입니다.
태양전지 어레이 육안 점검 항목: 표면의 오염 및 파손 상태, 접속 케이블의 손상 여부, 지지대의 부식 여부. (표시부의 이상 상태는 인버터 점검 항목)
인버터 고장 조치: 과전압, 저전압, 저주파수 등 계통 이상 시 점검 후 정상이 되면 5분 후에 재기동합니다. 다만, 전자접촉기 고장 시는 교체 점검 후 즉시 운전합니다.
점검 계획 수립 고려사항: 설비의 사용기간, 설비의 중요도, 환경조건, 고장 이력, 부하 상태. (정상 가동 시간은 고려 사항이 아님)

안전 및 고장 요인

전기 화재 원인: 누전, 단락(스파크), 접촉부 과열 등이 주요 원인입니다. (저전압은 원인에서 거리가 멈)
시스템 고장 요인 최다: 태양광 발전설비의 고장 요인이 가장 많은 곳은 인버터입니다.
낙뢰 보호: 태양광 시스템은 비가 오더라도 낙뢰 보호를 위해 강제 정지시키지 않습니다.
볼트 조임 공구: 볼트를 일정한 힘(토크)으로 조여주는 공구는 토크 렌치입니다.

축전지 및 계측

축전지 수명 영향: 축전지의 수명에 직접적인 영향을 미치는 것은 방전 심도입니다.
과충전 현상: 부식, 가스 발생, 전해액 감소. (침전물 발생은 과방전 시 발생)
전압계 특성: 회로에 병렬 연결하며, 이상적으로는 높은 내부 저항을 가져야 합니다.
계측 데이터 전송: 검출기에서 검출된 데이터를 먼 거리에 전송할 때 신호 변환기를 사용합니다.

5. 발전 사업 및 법규

전기 사업 분류 및 용량

송전사업: 발전소에서 생산된 전기를 배전사업자에게 송전하는 데 필요한 전기 설비를 설치 및 관리하는 사업입니다.
직접 거래 가능 발전 용량: 신재생에너지 발전 사업자가 전력시장을 통하지 않고 전기판매사업자와 직접 거래할 수 있는 발전설비 용량은 1,000kW 이하입니다.

안전 관리 대행 및 하자 보증

전기 안전 관리 대행 범위 (개인): 개인 대행자가 대행할 수 있는 태양광 발전설비 용량은 250kW 미만입니다.
전기 설비 규모별 점검 주기 (대행):
- 300kW 이하: 월 1회 이상
- 500kW 이하: 월 2회 이상
- 700kW 이하: 월 3회 이상
- 1,500kW 이하: 월 4회 이상 (700kW 초과 1,500kW 이하)
하자 담보 책임 기간: 철근 콘크리트 또는 철골 구조부를 제외한 시설공사의 하자 담보 책임 기간은 3년입니다.

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