태양광 에너지 저장 시스템은 계통 연계형 발전 시스템과는 달리 배터리 및 배터리 충방전 장치를 추가함으로써 초기 투자 비용이 20~40% 증가하지만, 적용 범위가 훨씬 넓어집니다. 적용 분야에 따라 태양광 에너지 저장 및 발전 시스템은 독립형 발전 시스템, 독립형 에너지 저장 시스템, 계통 연계형 에너지 저장 시스템, 다양한 에너지 하이브리드 마이크로 그리드 시스템 등 네 가지 유형으로 나뉩니다.
태양광 독립형 발전 시스템
독립형 태양광 발전 시스템(Off-Grid Photovoltaic Power Generation)은 계산기에 내장된 태양 전지 외에도 전자 시계 본체에 태양광 패널, 간단한 충전 장치, 배터리를 결합하여 구성된 가장 간단한 태양광 발전 시스템입니다. 이러한 장치는 목축업자들이 라디오와 야간 조명에 전원을 공급하기 위해 휴대하는 데 자주 사용됩니다. 이제는 휴대용 태양광 발전 시스템도 있습니다.
계통연계형 및 독립형 에너지 저장 시스템
태양광 발전 시스템은 실제 적용 분야에 따라 다양한 형태로 존재하며, 계통 연계형 발전과 에너지 저장 기능을 모두 갖추고 있을 뿐 아니라, 계통에서 독립적으로 운영될 수도 있다는 특징이 있습니다. 일부 상업 지역에서는 변압기 용량 제한으로 인해 전력 공급 업체에서 발행한 태양광 발전 시스템을 이용한 전력 판매가 허용되지 않거나, 지역 전력망의 불안정성으로 인해 전력 판매가 어려운 경우가 있습니다. 또한 인터넷 전기 요금이 지나치게 저렴한 반면, 개인용 전기 요금은 높고, 피크 시간대와 비피크 시간대의 가격 차이가 큰 지역도 있습니다. 이러한 지역에는 태양광 발전소를 설치하는 것 외에도 계통 연계형 및 독립형 에너지 저장 시스템을 함께 사용하는 것이 적합합니다.
태양광 발전 및 독립형 에너지 저장 시스템은 다음과 같은 네 가지 주요 수익 창출 방법을 제공합니다.
1. 태양광 발전으로 부하에 전력을 공급하면 최대 출력 시 전기 요금을 설정하여 전기 요금을 절감할 수 있습니다.
2. 비수기 시간에 충전하고 성수기 시간에 방전하여, 성수기와 비수기 가격 차이를 이용하여 수익을 창출합니다.
3. 온라인 상태가 아니어야 하며, 역류 방지 시스템을 설치하여 태양광 발전량이 부하 전력보다 클 경우, 전력을 배터리 저장 장치에 사용할 수 없습니다.
4. 계통 정전 시, 시스템은 독립형 모드로 전환되어 태양광 발전 시스템은 계속해서 전기를 생산하며, 시스템은 백업 전원 공급 장치로서 작동하여 인버터를 통해 부하에 태양광 및 배터리 전력을 공급합니다.
계통 연계형 발전 시스템과 비교했을 때, 독립형 시스템은 충방전 제어 장치와 배터리를 추가하여 시스템 비용이 약 30% 증가하지만, 적용 범위는 훨씬 넓습니다. 첫째, 전기 요금이 가장 높은 시간대에 정격 출력으로 가동하여 전기 요금을 절감할 수 있습니다. 둘째, 전기 요금이 가장 낮은 시간대에 충전하고 가장 높은 시간대에 방전하여 요금 차익을 활용할 수 있습니다. 셋째, 계통 정전 시에도 태양광 시스템은 백업 전원으로 계속 작동하며, 인버터를 독립형 모드로 전환하여 태양광 발전 시스템과 배터리에 저장된 전력을 인버터를 통해 부하에 공급할 수 있습니다.
계통연계형 태양광 에너지 저장 시스템
계통 연계형 에너지 저장 장치를 갖춘 태양광 발전 시스템은 잉여 전력을 저장하여 자가 발전 및 자가 소비 비율을 높일 수 있습니다. 이러한 시스템은 태양광 발전으로 생산된 전력을 전력망에 공급할 수 없거나, 피크 시간대 요금이 일반 시간대 요금보다 훨씬 비싸거나, 자가 소비 요금이 발전차액지원제도(FIT) 요금보다 훨씬 비싼 경우에 활용됩니다. 이 시스템은 태양 전지 모듈로 구성된 태양광 패널, 태양광 제어기, 배터리 뱅크, 계통 연계형 인버터, 전류 검출 장치, 부하 및 기타 구성 요소로 이루어져 있습니다. 제어기는 태양광 발전량이 부하 전력보다 많을 경우 태양 에너지의 일부를 저장하고 저장된 에너지의 일부를 부하에 공급합니다. 태양광 발전량이 부하에 필요한 전력을 공급하기에 부족할 경우, 시스템은 계통 전력과 태양광 에너지를 혼합하여 가동됩니다. 일부 국가 및 지역에서는 태양광 발전 보조금이 폐지됨에 따라 태양광 시스템 설치 전에 계통 연계형 에너지 저장 시스템을 설치할 수 있게 되어 태양광 발전으로 생산된 전력을 완전히 자가 생산 및 소비할 수 있게 되었습니다. 계통연계형 에너지 저장 장치는 기존 구성을 유지하면서 다양한 제조사의 인버터와 호환하여 사용할 수 있습니다. 전류 센서가 계통으로의 전류 흐름을 감지하면 계통연계형 에너지 저장 장치가 작동하여 잉여 전력을 배터리에 저장하고, 배터리가 가득 차면 전기 온수기를 가동합니다. 또한, 야간에 가정용 전력 부하가 증가할 경우 배터리에 저장된 전력을 인버터를 통해 부하로 공급하도록 설정할 수 있습니다.
에너지 저장용 마이크로 그리드 시스템
태양광 패널, 계통 연계형 인버터, PCS 양방향 변환기, 지능형 스위칭 스위치, 배터리 뱅크, 발전기 등이 마이크로 그리드 시스템을 구성합니다. 빛이 있을 때는 태양광 패널이 태양 에너지를 전기로 변환합니다. 변환된 전기는 인버터를 통해 부하에 전력을 공급하고 PCS 양방향 변환기를 통해 배터리 팩을 충전합니다. 빛이 없을 때는 배터리가 PCS 양방향 변환기를 통해 부하에 전력을 공급합니다. 마이크로 그리드는 분산형 청정에너지의 장점을 최대한 활용하면서 소규모 용량, 예측 불가능한 발전량, 독립형 전력 공급의 낮은 신뢰성 등의 단점을 최소화할 수 있기 때문에 전력망 안전을 보장하는 가장 효율적인 솔루션입니다. 이 시스템의 안전한 운영은 대규모 전력망을 보완하는 역할을 합니다. 마이크로 그리드는 기존 사업체의 경제적, 환경적 측면 모두에서 현대화를 크게 도울 수 있습니다. 전문가들은 마이크로 그리드의 적용 분야가 다양하며 규모 또한 수 킬로와트에서 수십 메가와트까지 폭넓게 구축될 수 있다고 말합니다. 마이크로 그리드는 단일 건물부터 산업 시설, 광산, 기업, 병원, 학교에 이르기까지 다양한 규모의 시설에 맞게 설계할 수 있습니다.
2020년 10월 말, 국가에너지국은 태양광 발전소의 설비용량 비율을 최대 1까지 권장하는 '태양광 발전 시스템 효율 규정' 시행을 승인했습니다. 이 규정은 태양광 발전소의 설비용량 비율을 완전히 자유화합니다.
기회:국내 태양광 모듈 출하량은 장기적으로 크게 증가할 것이며, 인버터 출하량 또한 증가할 것입니다. 적절한 과잉 공급은 최저 수준의 균등화 발전비용(LCOE)을 실현하고, 사업 내부수익률(IRR)을 개선하며, 가격 동등성 달성을 가속화할 수 있습니다.
도전:태양광 발전 인버터의 과부하 용량 및 과부하 방지 성능의 변동성과 방치 현상.
건전한 에너지 저장 산업 표준 시스템 구축이 필수적입니다. 에너지 저장 시스템은 수많은 장비 연결 고리로 이루어져 있으며, 산업 체인 내 장비 성능은 다양하고, 화재 등의 사고는 에너지 저장 산업 발전에 걸림돌이 되고 있습니다.
에너지 저장의 독립적인 시장 지위를 명확히 하고, 에너지 저장 설비가 태양광, 화력 등 다른 에너지원과 결합하여 전력 시스템의 피크 시간대 수요 조절 및 주파수 변동 서비스에 참여하고 수익을 창출할 수 있을 뿐 아니라, 독립적인 시장 주체로서도 기능할 수 있도록 해야 합니다.
다양하고 안정적인 정책 지원이 필요하며, 에너지 저장에 대한 산업 정책 지원은 시장화와 발맞춰 추진되어야 하고, 동시에 다양한 적용 시나리오에 맞는 산업 정책을 시행해야 합니다.
중국의 미래 에너지 개발은 고탄소에서 저탄소, 그리고 무탄소로 나아가는 과정을 거칠 것이며, 전력 분야의 신에너지는 점진적인 대체에서 점차 저장 대체 단계로 진입하여, 소비 측면에서는 에너지 저장과 신에너지, 발전 측면에서는 에너지 저장과 신에너지의 균형을 이룰 것이다. 2035년까지 태양광과 같은 신에너지원이 전체 에너지 구성에서 30% 이상을 차지하여 탄소 배출량 증가 없이 에너지 소비 증가 추세를 뒷받침할 것으로 예상된다.
송전망이나 배전망에 설치된 에너지 저장 시설은 신재생 에너지 발전소를 공유하는 형태든, 독립적으로 계통에 연결되는 형태든 간에 주로 전력 시장의 이익을 위한 방식 다양화의 결과물입니다.
청정 재생에너지를 향한 새로운 에너지 개발 방향은 계통 연계형 에너지 저장 장치 개발이며, 풍력 및 태양광 에너지 저장 장치 형태로 전 세계적으로 점차 실증이 시작되고 있습니다. 에너지 저장 장치는 태양광 및 풍력 발전을 지원하여 지속적인 안정화, 풍력 및 정전 시 전력 공급 조절 등 경제적 효과를 가져오고 상당한 발전을 이루었습니다.
