태양광 발전소 스트링구성(직병렬) 분석(고봉)

이 발전소는 인버터 용량(35kW) 대비 모듈 용량(24kW)을 다소 여유 있게(과적재율 약 68%) 설계한 현장입니다.

1. 기본 데이터 분석

• 총 발전용량: 24.0 kW (24,000 W)
• 태양모듈 (신성이엔지 SS-BP250CM): * 정격 출력 (Pmax): 250 W (다교질)
  • 개방 전압 (Voc): 약 37.6 V 내외 (250W급 60셀 다결정 모듈의 표준 기준)
  • 동작 전압 (Vmp): 약 30.5 V 내외
• 인버터 (다쓰테크 DSP-3335KMHK-(J)):
  • 정격 용량: 35 kW
  • MPPT 특징: 3-MPPT 타입 (각 MPPT당 2개 입력 분기, 총 6채널 접속함 일체형)
  • MPPT 전압 범위: 295 V ~ 800 V
  • 최대 개방 전압: 1,000 V

2. 총 모듈 수량 계산

총 모듈 수 = 24,000 W / 250W = 96장

3. 가장 유력한 직병렬 구성 유추

96장의 모듈과 3-MPPT(6채널 입력) 인버터의 특성을 결합했을 때, 설계상 가장 안정적이고 표준적인 구성은 16직렬 * 6병렬 구성입니다.

💡 [유력안] 16직렬 * 6병렬 (총 96장)

• 어레이 구성: 16장씩 알맞게 직렬로 묶은 스트링(String)을 총 6개 만듭니다.
• 인버터 연결 방식: 인버터가 3개의 MPPT를 가지고 있고, MPPT당 2개의 입력 채널이 있으므로 다음과 같이 완벽하게 대칭 분배됩니다.
  • MPPT 1: 16직렬 2스트링 연결 (2채널 사용)
  • MPPT 2: 16직렬 2스트링 연결 (2채널 사용)
  • MPPT 3: 16직렬 2스트링 연결 (2채널 사용)

4. 설계 안전성 검증 (KEC 및 인버터 규격 기준)

해당 지역의 동절기 최저 기온(약 -15℃ 내외) 시 모듈 전압 상승률을 감안하여 16직렬 구성이 타당한지 검증해 보겠습니다.

1. 겨울철 최대 개방전압 검증 (인버터 제한: 1,000V)
   • 한겨울 저온 시 모듈 개방전압은 안전율을 고려해 장당 약 42V~43V까지 상승할 수 있습니다.
   • 16직렬 * 43V  = 688V
   • 인버터 최대 허용 전압인 1,000V보다 훨씬 낮으므로 KEC(한국전기설비규정) 전압 제한 조건을 안전하게 만족합니다.
2. 평상시 운전 전압 검증 (인버터 MPPT 범위: 295V ~ 800V)
   • 모듈의 동작 전압($V_{mp}$이 약 30.5V이므로, 여름철 표면 온도 상승 시 장당 약 26V~27V까지 떨어질 수 있습니다.
   • 여름철 최저 동작 전압: 16직렬 *  26V = 416V
   • 봄/가을철 표준 동작 전압: 16 * 30.5V = 488V
   • 이 값들은 모두 다쓰테크 인버터의 최적 MPPT 전압 범위인 295V ~ 800V의 한가운데(정격 650V 부근)에 안정적으로 위치하므로 인버터가 최고의 효율을 낼 수 있는 최적의 직렬 수입니다.

5. 현장 확인 팁 (최종 검증)

발전소 현장에 가셔서 제 유추가 맞는지 직관적으로 확인하시는 방법입니다.

1. 인버터 하부 접속함 내부 확인: 일체형 접속함 도어를 열었을 때, 총 6개의 퓨즈 홀더에 DC 입력 케이블(+ , -)이 모두 연결되어 있는지 확인해 보세요. 6개 채널이 다 차 있다면 6병렬이 확실합니다.
2. 맑은 날 전압 확인: 햇빛이 좋은 날 낮 시간에 인버터 디스플레이에서 PV 전압(DC 전압)을 확인해 보십시오. 계측되는 전압이 450V ~ 500V 사이를 나타내고 있다면 16직렬 구성이 100% 확실합니다.

 

그러나 (But)

 

현장 인버터 연결 사진

인버터 - 스트링 연결 사진

 

 

다시 분석

 

1. 사진을 통한 핵심 단서 분석

1. 물리적 입력 채널 수 확인: * 인버터 하부에 PV1, PV2, PV3로 표시된 영역이 있으며, 각각 2쌍(총 4개의 핀, +/- 각각 2개씩)의 커넥터 자리가 있습니다. 즉, 이 인버터는 총 6개의 스트링을 꽂을 수 있는 구조입니다.
2. 실제 연결된 케이블 수 (3병렬 확인):
   • 사진을 자세히 보시면 PV1, PV2, PV3 각각의 영역에 딱 1쌍(플러스 1선, 마이너스 1선)씩만 케이블이 체결되어 있습니다. 나머지 한 쌍씩은 먼지 마개(Cap)로 막혀 있는 상태입니다.
   • 즉, 총 6개의 채널 중 실제 사용 중인 스트링(병렬)은 정확히 3개(3병렬)입니다. 각 MPPT당 1개의 스트링씩 완벽하게 분배되어 있습니다.

2. 수정된 직병렬 구성 유추

• 총 모듈 수: 96장 (24,000W / 250W)
• 실제 확인된 병렬 수: 3병렬 (인버터에 3개 스트링만 연결됨)

이를 바탕으로 계산하면 최종 직병렬 구성은 다음과 같습니다.

직렬 수 = 96 /  3병렬  =  32 직렬 

💡 [최종 확정안] 32직렬  *  3병렬 (총 96장)

• 어레이 구성: 32장씩 길게 직렬로 묶은 스트링을 총 3개 만듭니다.
• 인버터 연결 방식 (사진과 일치):
  • MPPT 1 (PV1): 32직렬 * 1스트링
  • MPPT 2 (PV2): 32직렬 * 1스트링
  • MPPT 3 (PV3): 32직렬 * 1스트링

3. 발전소 전기안전관리자로서 검증 및 유의할 점 (KEC 기준)

32직렬 구성은 전압이 상당히 높게 형성되는 방식이므로, 안전관리자로서 다음 사항을 꼭 인지하고 계셔야 합니다.

1. 운전 전압 (매우 이상적인 효율 구간):
   • 모듈의 평상시 동작 전압(Vmp)이 약 30.5V이므로, 32직렬 * 30.5V  = 976V 부근에서 운전되거나, 여름철 온도 상승 시에는 약 800V ~ 850V 선에서 운전될 것입니다.
   • 다쓰테크 인버터의 최대 MPPT 범위(상한 800~900V 내외)의 상단에 걸쳐 있어 인버터 효율에 문제가 있을 수 있는 설계입니다.
2. 겨울철 개방전압 (Voc) 주의 및 체크 (★중요):
   • 모듈의 상온 개방전압은 37.6V이지만, 경북 영천 지역의 한겨울 저온(영하 10도 이하) 환경에서는 전압이 상승하여 장당 약 42V~43V까지 올라갈 수 있습니다.
   • 계산상: 32직렬 *  42.5V  = 1,360V
     
   • 체크포인트: 본 인버터의 DC 최대 허용 입력 전압(절대 정격)이 1,000V 급 모델 --> 인버터 측면 라벨의 사양서를 반드시 확인 필요   
     만약 인버터 최대 허용 전압이 1,000V라면 겨울철 아침 초기에 과전압(OV) 경고가 뜨거나 스트레스가 가해질 수 있으므로, 다가오는 겨울철 운전 데이터나 이력을 점검필요.

4. 최종 현장 확인 방법

안전관리 점검을 하실 때 인버터 조작 패널에서 DC 전압 계측치를 눌러보십시오. 햇빛이 있는 전형적인 낮 시간에 약 800V ~ 950V 사이의 높은 DC 전압이 표기되고 있다면 32직렬 * 3병렬 구성이 확실