역전지붕상에 경계석을 이용한 태양광발전 설치 과정을 써봅니다.

보조금사업을 통해 태양광발전기를 설치하려는 많은 분들이 계시지만 경계석상에 설치하는 것이 사실상 어려운 현실입니다.

구조물 및 패널 셀프 설치 + 전기공사업체의 결선 및 상계거래 진행이 가능하다면 보조금을 받는 것과 공사비는 크게 차이나지 않습니다. 또한, 보조금사업의 한도인 3kWp보다 큰 규모로 설치도 가능하기 때문에 보조금사업에 참여하는 것은 따져야 할 득실이 있습니다.

보조금사업 없이 태양광발전설비를 설치하려는 분들께 도움이 되었으면 좋겠습니다.

진작에 썼어야 했지만..... 회장님의 喝을 맞고 지금에서야 써올립니다...ㅠㅎ

1. 도면 수령

건축설계도면에 포함된 태양광 도면입니다. 높이 5M 이하의 태양광시설물은 공작물축조신고 대상이 아니기 때문에 건축허가 절차에 들어있을 필요 없지만, 이 도면은 두가지 의미를 갖고 있습니다. 

a. 태양광 설치 물량, 방위와 각도를 제시

   태양광 설치의 방위와 각도는 중요합니다. 건축사는 300Wp 모듈 20장을 남동향으로 10도를 세워 패널을 설치하도록 했습니다.

   저는 여러 가지 검토 끝에 500Wp 모듈 14장을 남서향으로 10도를 세워 패널을 설치했습니다.

   검토 과정에서 참고한 문서를 소개해 드립니다.

 [ 건물적용 태양광발전시스템의 국내 지역에 따른 설치각도별 연간 전력생산량 예측에 관한 연구 - https://kieae.kr/xml/01804/01804.pdf ]

b. 건축사(구조기술사)에 의한 구조적 검토를 문서화

   태양광패널 및 구조물이 바람에 날아갈 경우 건축사를 복구현장에 데려와 등짐을 지울수 있습니다.

2. 계획 수립

계획 수립 절차에서 이뤄져야 할 일은 건축사가 제시한 물량에 대한 재검토입니다. 

a. 패널 선정

계획 수립 당시(2023년 1분기) 태양광 모듈 시장의 동향은 이렇습니다.

   - 모듈의 고출력화. 건축사가 제시한 300W 출력의 패널은 이미 옛날 물건이어서 구할 수 없었습니다. 대체로 국산 단결정 모듈 500-600W, 신형인 n타입 반도체를 사용한 중국산 모듈은 700W를 상회하고 있었습니다.

   - 모듈의 대형화. 2000*1000[mm]가 국룰이었는데, 당시 최신형인 n타입 중국산은 2400*1200[mm]까지 대형화되는 추세였습니다.

   - 단면 발전 모듈은 퇴물, 양면 발전 모듈이 대세.

 저는 패널을 선정하며 다섯가지 기준을 세웠습니다.

  ㄱ. 2000*1000[mm] 모듈 한장 당 경계석 3개로 지지할 수 있게끔 설계되었으므로 모듈 사이즈가 과도하게 크지 않을 것. 

  ㄴ. n타입 반도체를 사용한 신형 모듈은 피할 것 (이건 믿음직한 사골을 좋아하는 제 취향입니다) 

  ㄷ. 현재 생산중인 주력 제품일 것

  ㄹ. 공급총판이 가까이 있어 물류비를 아낄 수 있을 것 (현대엔솔 공식홈페이지를 통해 가까운 총판을 소개받음)

  ㅁ. 탄소인증 등급이 없을 것. 탄소 등급이 매겨진 제품은 비싸지만, 발전사업 목적이라면 발전단가계약에 유리하다는 장점이 있습니다. 그러나 자가소비 목적으로는 제품값만 비싸고 하등 쓸데없는 인증입니다. 

  ㅂ. 소량 개인구입임에도 구입처로부터 필요한 서류를 제공받기에 충분히 친절할 것.

그렇게 선정한 패널은 현대 HiS-S500YJ라는 제품입니다.

b. 인버터 선정

 인버터 선정에는 몇가지 검토가 더 필요합니다. 태양광패널의 물량이 인버터 용량에 들어맞게끔 하여, 목표출력(제 마음속의 7kWp)을 달성해야 합니다. 그러려면, 태양광패널과 인버터의 데이터시트를 검토하며 간단한 산수를 해야 합니다.

 이 태양광 패널의 정격출력은 500W입니다만, 후면발전량을 감안한 최대출력은 525Wp가 됩니다.

굳이 이를 거론하는 이유는, 전기사용전점검시 후면발전 태양광설비의 최대출력을 후면발전량까지 가산해서 진행하기 때문입니다. 인버터 한대당 모듈 연결 대수를 산정할 때 이에 유의해야 합니다.

이제부터 중학교 수준의 전기 지식이 필요합니다. 태양광 모듈은 직류이므로 어려운 계산이 필요하지 않습니다. 여기서 세 가지를 읽어야 합니다.

  ㄱ. 최대출력 525[W] 

  ㄴ. 최대동작전압 45.8[V]

  ㄷ. 최대동작전류 11.46[A]

여기서 네가지를 읽어야 합니다.

  ㄹ. 최대입력전력 3900[W] 

  ㅁ. 입력전압범위 70[V]-540[V]

  ㅂ. 최대입력전류 16.6[A]

  ㅅ. MPPT전압범위 185[V]-430[V] 

모듈 7대를 1스트링(직렬 연결 한조)으로 연결하는 것을 상정하여 인버터의 최대입력에 적합한지 계산해 보겠습니다.

( ㄱ. 최대출력 525[W] * 7 = 3675[W] ) < ( ㄹ. 최대입력전력 3900[W] )

( ㄴ. 최대동작전압 45.8[V] * 7 = 320.6[V] ) = ( ㅁ. 입력전압범위 70[V]-540[V] ) 

( ㄴ. 최대동작전압 45.8[V] * 7 = 320.6[V] ) = ( ㅅ. MPPT전압범위 185[V]-430[V] )

( ㄷ. 최대동작전류 11.46[A] ) < ( ㅂ. 최대입력전류 16.6[A] )

이로써 모듈 7대를 1스트링으로 이 인버터에 연결하는 것이 적합하다는 점을 알 수 있습니다.

참고사항

* MPPT 전압 범위의 하한선을 벗어나는 경우, 즉 위 모듈 기준 4대 이하를 1스트링으로 하는 경우 발전효율이 크게 떨어지게 됩니다.

* 최근 모듈이 고출력화되어 적은 대수가 필요하므로 전압을 낮추기 위한 2스트링 결선 기능은 크게 의미 없습니다. 현재 판매되는 대부분의 모듈에는 1스트링 결선을 하시면 됩니다.

이렇게 선정한 인버터는 금비전자의 S3R7K-E 입니다. (단종이라니 왠지 기분이...)

* 이 제품은 현대엔솔 총판을 통해서 모듈과 함께 구입했습니다.

 c. 결선 및 배치계획 수립

▲내선설계도

▲발전설비위치도 

상기 두 가지 도면은 전기사용전검사시 제출해야 하므로, 미리 그려둡니다.

그리고, 모듈의 설치 매뉴얼을 정독합니다. 

- 고정용 볼트는 M8 스테인리스 볼트로 선정, 스프링와셔 필요

- 프레임은 통풍이 원활한 구조로 제작

- 모듈을 15도 이상의 각도로 설치할 것을 권장 (권장사항이어서 회장님을 믿고 10도로 진행시켰습니다)  

- SPD 설치(위의 내선설계도 참고)

- 네 개의 지점 이상 볼트 체결

- 볼트 체결 토크는 14-18[Nm] 

- UV 내성을 가진 PV전용 전선을 선정 

- 모듈외함, 프레임, 접지계통 전선을 서로 연결

- 직렬연결시 극성을 반드시 지켜야 합니다. (커넥터 암수가 있어 혼동하기 어렵긴 합니다)

이것을 토대로 에*수 산업의 알루미늄 태양광 구조물 견적을 받았습니다. 비용은 300만원대.

가격 확인 즉시 직접 만들겠다는 마음을 먹고 모듈 상세도면을 바탕으로 프레임을 설계합니다.

스케치업으로 끄적끄적

전체적으로 요런 그림이 됩니다 

한대분을 살펴보면 요런 그림 

30*30[mm] 아연도각관의 타공 위치와 치수를 지정

 연결 부품을 구상, 설계

자재 물량산출과 함께 비용이 계산됐네요.

태양광 7kWp 모듈, 인버터, 구조물, 고정용 철물까지 총 5,865,660원이 들었습니다. 전선과 전선관 값 10여만원 정도 추가.

3. 시공

건축에서 방수시트 작업을 진행합니다.

건축에서 방수시트 작업을 진행합니다.

    건축에서 방수시트 작업을 진행합니다.

단열재를 깔고

투습방수지를 깝니다

그리고 배수판을 깔아줍니다

이 시점에서 태양광 모듈과 함께 경계석 입고. 

방근 부직포를 깔아줍니다.

놓인 부직포 위에 줄자를 이용해 경계석을 배치합니다.

부직포가 바람에 날리지 않게 하는 역할도 함.