태양광발전부지의 기후 조건은 태양전지모듈 최저 온도 -11[℃], 주변최고온도 40[℃], 최대풍속 25[m/s]이다. 30[kW] 태양광인버터에 적합한 직병렬 어레이를 설계하고자 한다. 다음 물음에 답하시오. (단, 소수점 셋째자리에서 반올림하시오.)
(1)최고 40℃ Cell 온도를 구하시오.
(2)태양전지모듈의 를 구하시오
① (최저 Cell온도) =
② (최저 Cell온도)
③ (최고 Cell온도)
④ (최고 Cell온도)
(3)최대, 최소 직렬 모듈 수를 구하시오.
① 연중 최저 모듈표면온도에서
Voc의 모듈 수 =
Vmpp의 모듈 수 =
최대 직렬 모듈 수 선정은 최저 온도에서의 Voc, Vmpp 모듈 수 중 적은 장수를 선택한다. 모듈 수가 많은 쪽을 선택하면 Voc, Vmpp 둘 중 하나가 범위를 벗어나게 된다.
② 연중 최고 모듈표면온도에서
Vmpp의 모듈 수 =
(4)최대 태양광발전이 가능한 직병렬 수를 구하시오.
12직렬, 10병렬과 15직렬, 8병렬에서 최대 전력을 생산하므로 바전시스템에 적합하게 적용할 수 있다.
★☆☆
태양광발전부지의 기후 조건은 태양전지모듈 최저 온도 -11[℃], 주변온도 최고 40[℃]이다. 30[kW] 태양광 인버터에 적합한 직병렬 어레이를 설계하고자 한다. 다음 물음에 답하시오. (단, 소수점 셋번째 자리에서 절사)
[조건]
직류측 전압강하를 3[%]로 한다.
인버터 출력은 100[%] 이내로 한다.
(1)최고 40℃ Cell 온도를 구하시오.
(2)태양전지모듈의 Voc, Vmpp를 구하시오
① Voc(최저 Cell온도) =
② Vmpp(최저 Cell온도)
③ Voc(최고 Cell온도)
④ Vmpp(최고 Cell온도)
(3)최대, 최소 직렬 모듈 수를 구하시오.
① 연중 최저 모듈표면온도에서
Voc의 모듈 수 =
Vmpp의 모듈 수 =
최대 직렬 모듈 수 선정은 최저 온도에서의 Voc, Vmpp 모듈 수 중 적은 장수를 선택한다. 모듈 수가 많은 쪽을 선택하면 Voc, Vmpp 둘 중 하나가 범위를 벗어나게 된다.
② 연중 최고 모듈표면온도에서
Vmpp의 모듈 수 =
(4)최대 태양광발전이 가능한 직병렬 수를 구하시오.
최대 태양광발전이 가능한 직병렬수는 15직렬, 8병렬
★☆☆
태양광 발전 부지의 기후조건은 태양광 발전 모듈 최저온도 -12[℃], 모듈최고 온도는 72[℃]이다. 100[kW] 태양광 발전용 인버터 및 태양전지 모듈 특성에 적합한 직병렬 설계하고자 한다. 다음 물음에 답하시오. (단, 태양전지모듈의 크기는 1950[mm] x 980[mm]이다.)
(1)발전소에 사용되는 태양전지 모듈의 변환효율을 구하시오.
(2)태양전지모듈의 Voc, Vmpp를 구하시오
① Voc(최저Cell온도) =
② Vmpp(최저Cell온도)
③ Voc(최고Cell온도)
④ Vmpp(최고Cell온도)
(3)최대,최소 직렬 모듈 수를 구하시오.
① 연중 최저 모듈표면온도에서
Voc의 모듈 수=
Vmpp의 모듈 수=
② 연중 최고 모듈표면온도에서
Vmpp의 모듈 수=
(4)최대 태양광발전이 가능한 직병렬 수를 구하시오.
19직렬, 18병렬에서 최대 전력을 생산하므로 발전시스템에 적합하게 적용할 수 있다.
★★☆
태양광발전부지의 기후 조건은 태양전지모듈 최저 온도 -10[℃], 주변온도 최고 [40℃]이다. 60[kW] 태양광 인버터에 적합한 직•병렬 어레이를 설계하고자 한다. 다음 물음에 답하시오. (단, 소수점 셋째 자리에서 반올림 하시오.)
(1)Cell 온도는?
(2)태양전지모듈의 Voc, Vmpp는?
① Voc(최저Cell온도) =
② Vmpp(최저Cell온도)
③ Voc(최고Cell온도)
④ Vmpp(최고Cell온도)
(3)최대,최소 직렬 모듈 수는?
① 연중 최저 모듈표면온도에서
Voc의 모듈 수=
Vmpp의 모듈 수=
② 연중 최고 모듈표면온도에서
Vmpp의 모듈 수=
(4)최대 태양광발전이 가능한 직병렬 수는?
18직렬, 11병렬에서 최대 전력을 생산하므로 발전시스템에 적합하게 적용할 수 있다.
★★★
태양광발전용량 50[kW] 설치 부지에 태양전지모듈 최저 온도 -15[℃], 주변온도 최고 40[℃]에 적합한 직병렬 어레이를 설계하고자 한다. 다음 각 물음에 답하시오. (단, 소수점 세번째 자리에서 절사)
[조건]직류측 전압강하를 3[%]로 한다.
1)주변온도 최고 40℃ Cell 온도를 계산하시오.
(2)태양전지모듈의 Voc, Vmpp를 구하시오.
① Voc(-15℃) =
② Vmpp(-15℃)
③ Voc(주위온도 40℃)
④ Vmpp(주위온도 40℃)
(3)최대,최소 직렬 모듈 수를 구하시오.
① 연중 최저 모듈표면온도에서
Voc의 모듈 수=
Vmpp의 모듈 수=
최소 직렬을 계산하는 경우 Voc, Vmpp의 모듈 수는 소수점을 절사한다. 만약 Voc, Vmpp의 값을 반올림 한다면 최대전압은 인버터 최대 입력전압 또는 MPP 동작 범위를 넘어설 수 있다.
② 연중 최고 모듈표면온도에서
Vmpp의 모듈 수=
최소 직렬을 계산하는 경우 Vmpp의 모듈 수는 소수점을 절상한다. 만약 Vmpp의 값을 반올림 한다면 최소전압은 인버터 MPP 동작 범위보다 아래에서 설정될 수 있다.
(4)최대 태양광발전이 가능한 직병렬 수를 구하시오.
13직렬, 12병렬에서 최대 전력을 생산하므로 발전시스템에 적합하게 적용할 수 있다.
★☆☆
태양광발전용량 50[kW] 설치부지에 태양전지모듈 최저 온도 -15[℃], 주변온도 최고 40[℃]에 적합한 직병렬 어레이를 설계하고자 한다. 다음 물음에 답하시오.
태양광발전용량 200[kW] 설치부지에 태양전지모듈 모듈을 다음 조건에 적합하도록 직병렬 어레이를 설계하고자 한다. 각 물음에 대한 계산과정과 답을 정확히 쓰시오.
[조건]
-태양전지 모듈의 주변온도는 최저 -12[℃], 최고 40[℃] 이다.
-직류측 전압강하는 2.5[%]로 한다. (인버터측에 적용한다.)
- 태양광전지 모듈의 전기적 특성과 인버터 특성은 다음 표와 같다.
(1)모듈의 주변온도가 최고 40[℃]에서 셀(cell) 표면온도를 계산하시오.
(2)태양전지모듈의 최저, 최고 온도별 Voc, Vmpp를 구하시오. (단, 계산 값의 소수점이하 셋째자리에서 절사한다.)
① Voc(-12℃)=
② Vmpp(-12℃)=
③ Voc( ℃)=
④ Vmpp( ℃)=
(3)최대,최소 직렬 모듈 수를 구하시오.
① 연중 최저 모듈표면온도에서
Voc의 모듈 수
Vmpp의 모듈 수
② 연중 최고 모듈표면온도에서
문제 조건에서 전압강하를 인버터측에 적용하라고 명시되어 있어 위와 같이 계산하였다.
(4)최대 태양광발전이 가능한 직병렬 수를 구하시오.
직렬 16, 병렬 8
(5)적정한 인버터 대수와 태양광발전설비 총 출력을 계산하시오.
① 인버터 대수
인버터 설치 수의 기준은 인버터 용량이므로 50[kW]로 계산한다.
② 총 출력
4(인버터 수) x 16(직렬) x 8(병렬) x 380(W) = 194.56[W]
★☆☆
태양광발전용량 220[kW] 설치부지에 태양전지 모듈 최저 온도 -10[℃], 주변온도 최고 38[℃]에 적합한 직병렬 어레이를 설계하고자 한다. 다음 [표]를 참고하여 물음에 답하시오.
(단,직류측 전압강하는 무시한다.
소수점 세번째 자리에서 절사)
1)최고38[℃]에서의셀 온도를 구하시오.
(2)주변온도-10[℃], 38[℃]에서의 태양전지모듈 Voc, Vmpp를 구하시오.
① 최저 셀온도(=주변온도)
Voc(-15℃)=
Vmpp(-15℃)=
② 최고 셀온도
Voc( ℃)=
Vmpp( ℃)=
(3)최대,최소 직렬 모듈 수를 구하시오.
① 최대 직렬 모듈 수
Voc의 모듈 수
Vmpp의 모듈 수
최대 직렬 계산하는 경우 Voc, Vmpp 모듈 수는 소수점을 절사한다. Voc, Vmpp의 값을 반올림 한다면 최대전압은 인버터 최대 입력전압 또는 MPP 동작 범위를 넘어설 수 있다.
② 최소 직렬 모듈 수
Vmpp의 모듈 수
최소 직렬을 계산하는 경우 Vmpp의 모듈 수는 소수점을 절상한다. 만약, Vmpp의 값을 반올림 한다면 최소전압은 인버터 MPP 동작 범위보다 아래에서 설정 될 수 있다.
최대 직렬 모듈 수 : 18
최소 직렬 모듈 수 : 16
(4)최대 태양광발전이 가능한 직병렬 수를 구하시오.
① 계산과정
② 직병렬 수 결정
17직렬 43병렬
★☆☆
태양광발전용량 100[kW] 설치 부지에 태양전지모듈 최저 온도 -10[℃], 주변온도 최고 45[℃]에 발전량을 최대로 하기 위한 직병렬 회로 수를 구하고자 한다. 다음 각 물음에 답하시오. (단, 직류측 전압강하는 무시하며, 인버터 및 모듈은 설계용량의 100[%]를 적용한다.)
(1)모듈의 주변온도 최고 45℃셀(Cell)의 표면온도를 계산하시오.
(2)태양전지모듈의 최저, 최고 온도별 Voc, Vmpp를 구하시오.
① Voc(-10℃)=
② Vmpp(-10℃)=
③ Voc( ℃)=
④ Vmpp( ℃)=
(3)최대,최소 직렬 모듈 수를 구하시오.
① 연중 최저 -10℃에서 직렬 모듈 수(Voc(-10℃))
태양전지모듈의 시스템전압이 1000[V]이고, 인버터 최대 입력전압이 1100[V]인 경우 태양전지모듈 시스템전압과 인버터 최대 입력전압 모두 적용할 수 있는 1000[V]를 기준으로 최대 전압으로 설정한다. 만약 인버터 최대 입력전압에 맞추어 1100V로 적용할 경우 태양전지모듈의 시스템 전압을 초과한다.
② 연중 최저-10℃에서 직렬 모듈 수(Vmpp (-10℃))
③ 연중 최고 ( ℃)에서 직렬 모듈 수(Vmpp ( ℃))
(4)최대 태양광발전이 가능한 직병렬 수를 구하시오.
① 계산과정
② 최대전력을 생산하기 위한 최적의 직병렬 회로 수
23직렬, 16병력에서 최대 전력을 생산하므로 발전시스템에 적합하게 적용할 수 있다.
★★☆
다음 조건으로 발전소부지에 13직렬 3병렬로 태양광 어레이가 구성된다. A, B사 제품의 인버터 중 적합한 사양을 선택하고 그 이유를 쓰시오. (단, 온도조건은 태양전지모듈 최저 온도 -10[℃], 최고온도 70[℃])
사양 : B사 제품선택
B제품의 최대 입력 전류는 30[A]로 13직렬 3병렬의 최대 입력 전류인 27[A]를 수용할 수 있는 제품이어서 적합하고, A제품의 최대 입력 전류는 25[A]로 설치에 부적합하다.
참고
태양광 어레이 최대 출력 전류 = 태양광 어레이 병렬 수 x 태양전지모듈의 단락 전류 = 3(병렬) x 9[A] = 27[A]
A사 제품 25[A] < 27[A] 태양광 어레이 최대 출력 전류 B사 제품 30[A] > 27[A] 태양광 어레이 최대 출력 전류
★☆☆
신재생에너지 태양광 원별시공기준에 적합한 시공을 수행하려 한다. 설치될 200[W] 태양전지모듈이 8직렬 3병렬로 어레이가 구성될 경우 가장 경제적으로 설치할 수 있는 태양광 인버터 종류에서 선택하고 그 이유를 쓰시오. (단, 용량이 낮을수록 가격이 낮다.)
인버터 종류
4[kW]
4.4[kW]
4.6[kW]
5[kW]
5.2[kW]
5.5[kW]
설치할 수 있는 인버터 : 4.6[kW]
4.6[kW] 태양광 인버터 설치용량의 105[%]는 4.83[kW]로 총 용량 4.8[kW]의 태양광 어레이를 연결하기에는 가장 경제적이로 효율적이나 4.8[kW]를 포함할 수 있는 가장 낮은 인버터는 4.6[kW]이다.
참고
1) 태양광발전 총량은 200[W] x 8(직렬) x 3(병렬) = 4.8[kW] 2) 원별시공기준에 따르면 인버터의 설치용량을 설계용량 이상이어야 하고, 인버터에 연결된 모듈의 설치용량은 105[%] 이내이어야 한다. 3) 인버터 종류에 따른 최대 모듈 설치 용량 4.0[kW] x 1.05 = 4.20[kW] 4.4[kW] x 1.05 = 4.62[kW] 4.6[kW] x 1.05 = 4.83[kW] 5.0[kW] x 1.05 = 4.25[kW] 5.2[kW] x 1.05 = 5.46[kW] 5.5[kW] x 1.05 = 5.78[kW] 모듈 설치 총 용량은 위와 같으며, 4.8[kW]를 포함할 수 있는 가장 낮은 인버터는 4.6[kW]이다.
★☆☆
그림과 같은 태양광 발전설비 건설부지에 태양전지 모듈을 다음 조건에 적합하도록 직병렬어레이를 설계하고자 한다. 각 물음에 대한 계산과정과 답을 정확히 쓰시오.
[조건]
-모듈은 사방에 3[m]의 이격을 두고 설치한다. (단, 태양광어레이 보수 공간 확보를 위해 대지 경계에서 이격된 3[m] 이내에 침범하지 않도록 한다.
-모듈의 경사각은 35˚
-태양의 고도각은(발전한계) 20˚
-모듈의 크기 : 2.0 x 1.0[m]
-태양전지 모듈의 주변 온도 : -10[℃] ~ 40[℃]
-모듈에서 인버터 간 전압강하는 2[%]이다. (모듈측에 적용한다.)
-직렬 수는 한가지의 경우만 고려한다.
-모듈의 배열은 2단 세로 깔기로 한다.
-세로 깔기 모듈의 간격은 무시한다.
-모듈과 인버터 특성은 아래 표와 같다.
(1)태양전지 모듈의 변환효율은 몇 [%]가 되는지 계산하시오.
(2)어레이 간의 이격거리(2단 세로 깔기)를 계산하시오.(단, 계산 값은 소수점 이하 셋째자리에서 반올림한다.)
(3)2단 가로배치 가능 장수 및 2단 세로배치 가능 열수를 계산하시오.
뒷부분에 하나의 모듈을 더 설치할 경우 2000[mm] x cos35˚=1638[mm]로 하나의 모듈을 더 설치하여도 모듈과의 울타리 이격이 3[m]이상 이므로 총 9개의 모듈을 설치할 수 있다.
4.79[m] x 8[m] + 3[m](앞부분 울타리 이격) + 1.638[m](마지막 열 어레이 설치) = 42.9583[m]로 46[m]와 3[m] 이상 이격이 발생함
가로 72[장], 세로 9[열]
(4)총 모듈 수 및 총 출력을 계산하시오.
총 모듈 수 = 가로배치 장수 x 세로배치 열수 = 72 x 9 = 648[장]
총 출력 = 총 모듈 수 x 모듈 1장의 출력 = 648 x 380 = 246.24[kW]
(5)모듈의 주위온도가 최고 40[℃]에서 셀(cell)의 표면온도를 계산하시오.(단, 일조강도는 1000[W/m2]을 적용한다.)
(6)태양전지 모듈의 최저, 최고온도별 Voc, Vmpp를 계산하시오.(단, 계산 값은 소수점이하 셋째자리에서 절사한다.)
(7)최대, 최소 직렬모듈수를 계산하시오.
(8)최적의 태양광발전이 가능한 직•병렬 모듈수를 결정하시오.
총 발전 용량이 주어지는 다른 직병렬 문제와 달리 본 문제는 모듈 배치를 하고 설치 용량을 확인하기 때문에 인버터 용량이 아닌 실제 용량으로 직렬 수를 나누어 준다. 다른 문제는 총 용량과 인버터 용량이 동일하거나 배수이지만 본 문제는 총 발전용량과 인버터 용량의 차이가 발생할 수 있다.
참고 본 문제는 도면의 방위각이 어느 위치인가를 확인해야 한다. 좌측과 우측을 비교하면 남쪽방향이 서로 상이하다. 방위각을 기준으로 부지가 우측과 같음을 생각하고 풀이하면 된다.
★☆☆
다음 조건은 태양광발전소를 건설하기 위해 주어지는 조건이다. 조건에 맞도록 다음 물음에 답하시오.
[조건 1] 태양광발전소 부지는 70[m](가로) x 150[m](세로)이다. 경계선으로부터 상하좌우 3m씩 빈 공간을 두고 태양광모듈을 설치한다. 경계선에는 울타리와 같은 경계시설이 없는 일반 평지이다. 또한, 모듈 사이의 간격은 없는 것으로 한다. [조건 2] 구조물에 설치될 태양광모듈은 그림과 같이 세로를 길게 설치한다. [조건 3] 모든 계산은 소수점 두 번째 자리까지 표시하고, 소수점 셋째자리 이하는 절사한다. (예 : Vmpp = 23.47)
(1)태양광발전소가 설치될 장소의 모듈간의 이격거리를 구하시오.
(2)발전예정지에 최대 발전가능 전력량은?
모듈의 가로길이와 상하좌우 3[m]의 빈 공간을 적용하여 가로로 설치될 모듈의 수를 구한다.
모듈의 세로길이와 모듈 사이의 이격거리를 이용하여 세로로 설치될 모듈의 수를 구한다.
뒷부분에 하나의 모듈을 더 설치할 경우 1900[mm] x cos33˚=1,593.47[mm]로 하나의 모듈을 더 설치하여도 모듈과의 울타리 이격이 3[m] 이상이므로 총 34개의 모듈을 설치할 수 있다.
4.28[m] x 33 + 3[m](앞부분 울타리 이격) + 1.59347[m](마지막 열 어레이 설치) = 145.83[m]로 150[m]와 3[m] 이상 이격이 발생함
(3)조건에 주어진 태양광모듈의 사양에 따라 모듈 표면 온도가 최저인 -10℃에서의 Voc, Vmpp와 주변온도 최고 40℃에서의 Voc, Vmpp를 구하시오. (단, 일사량은 1000W/m2)
(4)주어진 인버터에서 성능에 맞게 최대 직병렬모듈 수를 결정하시오.
최대 직렬을 계산하는 경우 Voc, Vmpp의 모듈 수는 소수점을 절사한다. 만약 Voc, Vmpp의 값을 반올림 한다면 최대전압은 인버터 최대 입력전압 또는 MPP 동작 범위를 넘어설 수 있다.
최소 직렬을 계산하는 경우 Vmpp의 모듈 수는 소수점을 절상한다. 만약, Vmpp의 값을 반올림 한다면 최소전압은 인버터 MPP 동작 범위보다 아래에서 설정 될 수 있다.
직렬 수는 18~21이다.
최대 직렬 수는 최대전압과 mpp전압 모두 적용할 수 있는 범위로 산정한다.
발전량이 가장 높은 20직렬, 40병렬로 연결한다.
(5)발전부지에 설치될 수 있는 인버터는 몇 대인가? (단, 인버터의 수가 정수가 아닌 소수점으로 발생할 경우 무조건 한 대를 추가한다.)
20직렬 40병렬로 연결할 경우 발전용량은 200[kW]로 원별 시공기준의 인버터용량 105[%]를 초과하지 않는다.
★☆☆
다음 조건은 태양광발전소를 건설하기 위해 주어지는 조건이다. 조건에 맞도록 다음 물음에 답하시오.
[조건1] 태양광발전소 부지는 200[m](가로) x 100[m](세로)이다. 경계선으로부터 상하좌우 3[m]씩 빈 공간을 두고 태양광모듈을 설치한다. 경계선에는 울타리와 같은 경계시설이 없는 일반 평지이다. 또한, 모듈 사이의 간격은 없는 것으로 한다. [조건2] 인버터 최대입력 전압은 무시하고 입력전압 범위만 설계에 이용한다. [조건3] 구조물에 설치될 태양광모듈은 그림과 같이 세로를 길게 설치한다. [조건4] 모든 계산은 소수점 두 번째 자리까지 표시하고, 소수점 셋째자리 이하는 절사한다. (예 : Vmpp = 23.47)
(1)태양광발전소가 설치될 장소의 모듈간의 이격거리를 구하시오.
(2)발전예정지에 최대 발전가능 전력량은?
모듈의 가로길이와 상하좌우 3[m]의 빈 공간을 적용하여 가로로 설치될 모듈의 수를 구한다.
모듈의 세로길이와 모듈 사이의 이격거리를 이용하여 세로로 설치될 모듈의 수를 구한다.
총 모듈 수 = 가로 모듈 수 x 세로 모듈 수 = 194 x 28 = 5,432개
총 예상발전량 = 총 모듈 수 x 모듈 발전량 = 5,432 x 260[W] = 1,412.32[W]
(3)조건에 주어진 태양광모듈의 사양에 따라 모듈 표면 온도가 최저인-10℃에서의Voc, Vmpp와 주변온도 최고40℃에서의Voc, Vmpp를 구하시오. (단,일사량은1000W/m2)
(4)주어진 인버터에서 성능에 맞게 최대 직병렬모듈 수를 결정하시오.
모듈직렬 수량은 20장이므로 병렬 회로 수 = 인버터 최대입력전력 / 모듈 직렬회로 합산출력
[참고 : 최대입력 전압을 이용하지 않고 계산한 것은 [조건 2] 참조]
발전량이 가장 높은 20직렬, 96병렬로 연결한다.
(5)발전부지에 설치될 수 있는 인버터는 몇 대인가? (단,인버터의 수가 정수가 아닌 소수점으로 발생할 경우 무조건 한 대를 추가한다.)
