태양광발전시스템 설계예제_자격증 대비
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안녕하세요? 혼자서 만드는 태양광발전소 까페 매니저입니다.
신재생에너지발전설비(태양광) 자격증을 준비하시는 분들을 위해 태양광설계 실기문제 예제를 하나 공개합니다.
실기 서술 문제중 큰 비중을 차지하는 문제입니다. 15~20점 정도 됩니다.
실무설계도 유사하니 사업을 준비하시는 분들에게도 유용한 정보라 생각됩니다.
◎ 태양광발전설비 설계 실기문제.
※ 기본사항
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1. 동지 발전한계시각의 태양고도(입사각)가 23°인 가로 200m, 세로100m인 부지에 태양광발전시설을 설계한다.
2. 경계로부터 상하좌우 3m거리를 띄우고 모듈사이의 간격은 고려하지 않는다.
3. 태양광모듈은 경사각을 30°로 세로를 길게하여 1행씩 배치한다.
4. 인버터 최대입력전압은 고려하지 않고 입력전압 범위만 고려하여 설계한다.
5. 모든 계산은 소수점 두번째 자리까지 표시하고 반올림하지 않는다.
■ 태양광모듈 사양
- Pmax = 260W, VOC = 37.10V, ISC = 8.76A, Vmpp = 29.90V, Impp = 8.37V
- 온도계수 : Vocc = -0.30[%/°C], Vmppc = -0.30[%/°C]
- 모듈치수 : 1,640(L) X 1,000(W) X 35(H) (mm)
- STC조건 : 1,000W/m2, AM1.5, 25°C
- 공칭운전온도 NOCT = 47°C
■ 태양광인버터 사양
- 정격출력전력 = 500kWp, 효율 = 98.4%
- 입력전압범위 = 500~820V, 주파수 60Hz
- 최대입력전압 = 1,000V, 최대입력전류 = 1,000A
- 최대입력전력 = 500kWp, 변압기형(TR)인버터
소문제1) 발전예정지에 최대발전가능 전력량은?
소문제2) 주어진 조건에 태양광모듈사양에 따라 모듈 표면온도가 최저인 -10°C에서의 Voc, Vmpp와 모듈표면온도 최고인 70°C에서의 Voc, Vmpp를 구하시오.
소문제3) 주어진 인버터에 성능에 맞는 최대 직병렬 모듈수를 결정하시오.
소문제4) 발전부지에 설치될 인버터는 총 몇대인가?
◎ 풀이
소문제1) 발전예정지에 최대발전가능 전력량은?
① 가로로 설치될 모듈수
= (부지 가로길이 - 여유길이) / 모듈폭(W) = (200-6)m / 1 m = 194[EA]
② 세로로 설치될 모듈수
- 이격거리 D = L X Sin(180-경사각-입사각)/Sin입사각 = 1.64 X Sin(180-30-23)/Sin23 = 3.35m
- 세로모듈수 = (세로길이 - 6) / 이격거리(D) = (100 - 6)m / 3.35m = 28.05 = 28[EA]
③ 총 설치용량 = 가로모듈수 X 세로모듈수 X 모듈용량 = 194EA X 28EA X 260W = 1412.32kW
소문제2) 주어진 조건에 태양광모듈사양에 따라 모듈 표면온도가 최저인 -10°C에서의 Voc, Vmpp와 모듈표면온도 최고인 70°C에서의 Voc, Vmpp를 구하시오.
① -10°C
Voc(-10°) = Voc X[1+(온도계수 X 온도변화)] = 37.10 X [1+(-0.003 X (-10-25))] = 40.99V
Vmppc(-10°) = Vmpp X[1+(온도계수 X 온도변화)] = 29.90 X [1+(-0.003 X (-10-25))] = 33.03V
② 70°C
Voc(70°) = Voc X[1+(온도계수 X 온도변화)] = 37.10 X [1+(-0.003 X (70-25))] = 32.09V
Vmppc(70°) = Vmpp X[1+(온도계수 X 온도변화)] = 29.90 X [1+(-0.003 X (70-25))] = 25.86V
소문제3) 주어진 인버터의 성능에 맞는 최대 직병렬 모듈수를 결정하시오.
①최대직렬수 = 인버터 입력 최고값 / Voc(-10°) = 820V / 40.99V = 20.0EA
②최소직렬수 = 인버터 입력 최소값 / Vmpp(70°) = 500V / 25.86V = 19.0EA
∴ 그러므로 가능한 직렬수는 19와 20임
③ 병렬수 = 인버터 정격용량 / 1직렬의 용량
- 직렬수가 19일경우의 병렬수 = 500kW / (260 X 19) = 101.21 = 101EA
∴ 그러므로 설치가능 용량은 19직렬 X 101병렬 X 260W = 498.940kW
- 직렬수가 20일경우의 병렬수 = 500kW / (260 X 20) = 96EA
∴ 그러므로 설치가능 용량은 20직렬 X 96병렬 X 260W = 499.200kW
최대 직병렬 용량은 직렬수 20과 병렬수 96에 설치용량 499.200kW임
소문제4) 발전부지에 설치될 인버터는 총 몇대인가?
총 인버터수 = 부지에 설치가능한 용량 / 인버터 1기의 설계용량 = 1412.32kW / 499.2kW = 2.82EA = 3EA
∴ 그러므로 인버터는 3대가 필요함.
Tip. NOCT만 주어질경우 모듈 표면온도 구하는 방법
모듈 표면온도 = 주위온도 + (NOCT-20)/800 X S(일조강도)
예)주위온도 47.5°C, NOCT 46°C, S : 1,000W/m2일때의 셀 표면온도
모듈 표면온도 = 47.5 + (46-20)/800 X 1,000 = 80°C
모듈 표면온도값을 구하여 온도에 따른 소문제2)를 풀어야 합니다.