태양광 전기 시스템의 주요 부분은 태양광 패널입니다. 시장에는 다양한 종류의 태양광 패널이 있습니다. 태양광 패널은 광전지 태양광 패널이라고도 알려져 있습니다. 태양광 패널 또는 태양광 모듈은 기본적으로 일련의 직렬 및 병렬 연결된 태양광 셀 배열입니다.
단일 태양광 셀에 발생하는 전압 차이는 약 0.5볼트이며, 따라서 12볼트의 표준 배터리를 충전하기 위해 14~18볼트를 달성하기 위해 필요한 수의 셀을 직렬로 연결해야 합니다. 태양광 패널은 함께 연결되어 태양광 배열을 형성합니다. 여러 패널은 병렬 및 직렬로 연결되어 더 높은 전류와 더 높은 전압을 달성합니다.
그리드 연계 태양광 발전 시스템에서 태양광 모듈은 직접 인버터에 연결되며, 부하 자체에 직접 연결되지 않습니다. 태양광 패널에서 수집된 전력은 일정하지 않고, 햇빛의 강도에 따라 변동합니다. 이것이 태양광 모듈이나 패널이 어떤 전기 장비에도 직접 공급하지 않는 이유입니다. 대신 인버터에 공급되며, 이 인버터의 출력은 외부 그리드 공급과 동기화됩니다.
인버터는 태양광 시스템의 출력 전력의 전압 수준과 주파수를 관리하며, 항상 그리드 전력 수준과 일치하도록 유지합니다. 태양광 패널과 외부 그리드 전력 공급 시스템으로부터 전력을 얻기 때문에 전력 수준과 전력의 품질은 일정하게 유지됩니다. 독립형 또는 그리드 백업 시스템은 그리드에 연결되어 있지 않으므로 시스템 내의 전력 수준의 변동이 그에 연결된 전기 장비의 성능에 직접 영향을 미칠 수 있습니다.
따라서 시스템의 전압 수준과 전력 공급률을 유지할 수단이 필요합니다. 시스템에 병렬로 연결된 배터리 뱅크가 이를 관리합니다. 여기서 배터리는 태양광 전기로 충전되며, 이 배터리는 직접 또는 인버터를 통해 부하를 공급합니다. 이렇게 하면 태양광 강도의 변화로 인한 전력 품질의 변동을 피하고, 일관된 중단 없는 전력 공급을 유지할 수 있습니다.
보통 깊은 사이클 리드산 배터리가 이러한 목적을 위해 사용됩니다. 이러한 배터리는 일반적으로 서비스 기간 동안 여러 번의 충전 및 방전을 가능하도록 설계되었습니다. 시장에서 판매되는 배터리 세트는 일반적으로 6볼트 또는 12볼트입니다. 따라서 이러한 배터리를 직렬 및 병렬로 연결하여 배터리 시스템의 더 높은 전압 및 전류 등급을 얻을 수 있습니다.
리드산 배터리를 과충전하거나 저방전하는 것은 바람직하지 않습니다. 과충전과 저방전 모두 배터리 시스템을 심각하게 손상시킬 수 있습니다. 이러한 두 가지 상황을 피하기 위해 컨트롤러가 필요하며, 이 컨트롤러는 배터리로의 전류 흐름을 유지하도록 시스템에 연결됩니다.
태양광 패널에서 생산되는 전기는 DC입니다. 그리드 공급에서 얻는 전기는 AC입니다. 따라서 그리드와 태양광 시스템 모두에서 일반 장비를 작동시키기 위해서는 인버터를 설치하여 태양광 시스템의 DC를 그리드 공급과 같은 수준의 AC로 변환해야 합니다.
오프 그리드 시스템에서는 인버터가 배터리 단자에 직접 연결되어 배터리에서 나오는 DC가 먼저 AC로 변환된 후 장비에 공급됩니다. 그리드 연계 시스템에서는 태양광 패널이 인버터에 직접 연결되며, 이 인버터는 그리드에 같은 전압과 주파수의 전력을 공급합니다.
현대의 그리드 연계 시스템에서는 각각의 태양광 모듈이 개별 마이크로 인버터를 통해 그리드에 연결되어 각각의 태양광 패널에서 고전압 교류 전기를 생성합니다.
위의 다이어그램은 독립형 태양광 전기 시스템의 기본 블록 다이어그램을 보여줍니다. 여기서 전기 전력은 태양광 패널에서 생산되어 태양광 컨트롤러에 공급되며, 이 컨트롤러는 배터리 뱅크를 충전하거나 노트북 및 LED 조명 시스템과 같은 저전압 DC 장비에 직접 공급합니다. 일반적으로 배터리는 태양광 컨트롤러로부터 공급받지만, 태양광 패널에서 전력 공급이 부족할 때는 태양광 컨트롤러에 공급할 수도 있습니다.
이렇게 하면 태양광 컨트롤러에 직접 연결된 저전압 장비에 일관된 공급이 계속됩니다. 이 구조에서 배터리 뱅크 단자는 인버터에 연결됩니다. 인버터는 배터리 뱅크에 저장된 DC 전력을 큰 전기 장비(세탁기, 큰 TV, 주방 가전 제품 등)를 작동시키기 위한 고전압 AC로 변환합니다.
그리드 연계 태양광 시스템은 단일 거대 중앙 인버터와 다중 마이크로 인버터로 나뉩니다. 전자의 태양광 시스템에서는 태양광 패널과 그리드 공급이 공통의 중앙 인버터(그리드 연계 인버터)에 연결됩니다.
여기서 인버터는 태양광 패널의 DC를 그리드 수준의 AC로 변환하여 그리드와 소비자의 분배 패널에 공급합니다. 이때 그리드 연계 인버터는 그리드에서 공급되는 전력을 모니터링합니다.
그리드에서 전력 공급이 중단되면, 인버터는 태양광 시스템을 그리드에서 분리하는 스위칭 시스템을 작동시켜 그리드에 태양광 전기를 공급하지 않도록 합니다. 그리드 공급선에 에너지 미터가 연결되어 그리드로의 에너지 수출과 그리드로부터의 에너지 수입을 기록합니다.
이미 언급했듯이, 다중 마이크로 인버터를 사용하는 다른 유형의 그리드 연계 시스템이 있습니다. 여기서 각각의 태양광 모듈에 하나의 마이크로 인버터가 연결됩니다. 이 시스템의 기본 블록 다이어그램은 이전 것과 매우 유사하지만, 마이크로 인버터들이 연결되어 원하는 고전압 AC를 생성합니다.
