[인버터] 인버터효율 결정요인 (with. 유로효율)

인버터 효율을 결정짓는 요인 (with. 유로효율)

안녕하세요. 태양광 윤대리입니다.

오늘은 인버터 효율을 결정짓는 요인에 대해서 알아보겠습니다.

 

목차

1. 콘덴서의 성능저하

2. 유로효율

3. 역률

 

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1. 콘덴서의 기능저하

​메인콘덴서에 이상이 생기면 DC전압을 빨아들이는 힘이 부족해지기 때문에,

인버터 DC부에 입력되는 전압이 떨어집니다.

메인콘덴서 이상을 야기시키는 요인은 다음과 같습니다.

 

1) 온도

회로소자 중에서 수명이 짧은 소자는 '콘덴서' 입니다. 다른 회로소자의 수명 반영구에 해당합니다.

일반 콘덴서의 수명은 3년, 인버터 내부 콘덴서 수명은 7-10년짜리를 사용합니다.

콘덴서의 수명은 아레니우스의 법칙(10℃ 2배 감소법칙)에 의거하여 온도가 10℃올라가면 수명은 1/2로 줄어듭니다.

반대로 온도가 10℃올라가면 수명또한 2배 증가합니다.

가시광선을 직면으로 쬐는 인버터의 경우엔 콘덴서의 수명이 매우 짧아질 수 밖에 없는 것이죠.

 

2) 리플

또한 리플이 심할 경우 온도상승을 야기합니다. 높은 온도는 다시 인버터의 수명을 감소시키게 됩니다.

DC콘덴서에 이상이 발생할 경우 PCB, 회로소자 파손으로 야기될 수 있습니다.

*메인콘덴서의 기능저하는 인버터의 역률이나 유로효율과 연관이 없습니다. ​

 

 

 

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2.유로효율

인버터 입력과 출력에 대한 '변환효율'을 의미합니다.

인버터의 효율로는 '공칭효율'과 '유로효율'을 들 수 있는데요.

​공칭효율은 인버터를 운전하는 조건에서 최대의 효율이 나오는 조건에서 '최대 효율'이고,

​유로효율은 인버터를 실제 운전조건과 같게 해서, 전부하에서 부분부하로 운전하여 효율의 평균을 낸 값입니다.

쉽게 얘기하면, 공칭효율은 이론상 나타날 수 있는 최대효율이며,

유로효율은 인버터 특성에 따른 손실을 감안한 실제효율을 나타냅니다.

대개 인버터의 최대효율은 98%이지만, 유로효율은 그보다 3~4% 낮습니다.

실제 출력에 직접적인 비례값을 내는 것은 '유로효율' 이기 때문에,

실제 효율을 확인하기 위해선 유로효율을 확인하는 것이 정확합니다.

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​

▼ 아래 데이터는 성능시험 당시 측정되어 정형화된 효율을 나타냅니다.

회사 인버터 성능표에 존재하는 노란색 란을 살펴봅니다.

 

① 해당 제조사 유로효율표를 확인합니다.

② 현장에서 출력량이 80%인 경우, 해당 제조사에 표기된 공식 효율에서 70~100% 사이에 효율이

실제로 맞는지 확인합니다. (연식이 오래되면 다를 수 있지만, 5%이상 차이나면 그것은 문제가 있는 것)

 

문제의 원인이 역률 관련 소자(리액터, 콘덴서) 문제인지, 이외에 다른 소자의 문제인지 파악해보아야 합니다.

 

유로효율 식 )

각 출력 5% / 10% / 20% / 30% / 50% / 100% 에서 효율을 측정하여

그 비중을 0.03 / 0.06 / 0.13 / 0.10 / 0.48 / 0.20 로 두어 곱한 값을 합산하여 다시 평균치를 계산한 값이다.

*세계 최고로 뽑히는 독일 SMA사의 동급용량의 유러피언 효율은 95.1%이다.

 

Q) 그렇다면 어떤 요인으로 인해 공칭효율과 유로효율이 차이가 나는 것일까요?

인버터에서 발생하는 손실 때문이다. 스위칭손실, 턴오프손실 등이 있다. 

특히 유로효율은 50%미만의 출력에서 가장 낮은 효율을 보이게 되는데,

그 이유로는 인버터 특성상 높은 전류리플로 인해,

저주파 또는 경부하에서 높은 도통손실과 턴오프손실이 발생하기 때문이다.

이를 보완하기 위해서 경부하에서 3레벨 스위칭기법 등 다양한 대책이 제시된다.

 

3. 역률

별도로 역률제어프로세스가 진행되지 않은 경우에는 역률은 1에 수렴해야한다.(실제 이상적인 역률 0.99)

역률제어프로세스 설정값과 실제 역률값이 다를 경우, 회로에 문제가 있음을 예상할 수 있다.

 

하지만, 역률이 떨어진다고 하더라도, 사업자 입장에서는 큰 손해는 없습니다.

왜냐하면, 전체 송전 전력은 동일하기 때문이죠.

피상전력이 커진다는 것은, 전압은 줄어들고 그만큼 전류가 높아집니다.

 

전류가 높아짐에 따라, 수용가로 이동하는 전기는 높은 전압강하로 인해 큰 전력손실을 발생시킵니다.

결국 손해보는 것은, 한전과 같은 전기공기업입니다.

 

최근, 분산형전원이 많아지면서 전력불균형이 발생하여 전력계통망에 노란불이 켜졌습니다.

정부는 출력제어시스템 중, 역률제어 시스템을 이용해서 과전압을 최소화 하는 방안이 있으나,

실제로 높은 전류에 의해, 송전 중 많은 양의 전력손실이 발생합니다.

DER용량을 조율하여, 전력균형을 이루는게 무엇보다도 우선으로 보입니다.

 

 

 

 

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추가로,

모니터링과 디스플레이에서 확인하는 출력 값은 정확하지 않습니다.

센싱오차가 존재하며, 센싱장비의 오류도 존재하죠.

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결론,

현장에서 입력대비 출력이 얼마나 떨어지면 기능저하로 판단할 수 있을까? 다쓰테크 기술팀에 물어보았습니다.

우선 제조사 측에서도, 역률은 1에 수렴한다는 가정하에 유로효율을 계산합니다.

ex) 해당 출력에서 유로효율이 93%일 경우, 87%가 되면 즉, -5% 이하로 떨어지면 기능저하로 판단합니다.

정답은 없으며, 제조사 담당자도 그 정도면 기능저하를 의심해보고 현장방문이 필요하다는 의견입니다.

(물론 역률도 파악해야함. 역률이 조정가능한 모델의 경우엔 어느 전압치에서 어느 역률로 조정되는지 확인이 필요)
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이상으로 블로그를 마치겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다.

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