핵심계산문제

3

1 조건에서 모듈의 공칭 셀 동1-sun NOCT(Normal Operation Cell Temperature,

작온도 는 대기온도는 일 때 셀 의 온도는) 46 , 30 , (cell) ?℃ ℃

·

= 62.5

2 = 인치 의 셀을 으로 생산할 때10-12×A/ , 100 ×100 (4 ) 25 40 /㎠ ㎜ ㎜ ℃ ㎃ ㎠

태양광 입사 시50% 와 는 얼마인가?

(1) = 10-12

100× ㎠ = 10-10(A)

태양광 입사 시100%

= 0.04A/ 100㎠× ㎠ = 4A

= 0.0257ln(

+1) = 0.627[V]

(2) 태양광 입사시50%

∝입사광 세기

∴ A

= 0.0257ln(

+1) = 0.610[V]

전류는 일사량에 의해 대폭 감소, 는 약간 감소한다.

3 아래 그림은 태양광 인버터이다 이 인버터의 정확한 명칭과 장점 가지는. 3 ?

명칭

장점

4

(1) 명칭 :무변압기 절연방식트랜스리스방식( )

(2) 장점

- 이 없으므로 소형이며 경량이다TR .

-반도체 소자가 적고 이 없으므로 저가이다TR .

-저주파 이 없으므로 효율이 높다TR . 손실 적음( )

4 연축전지를 개 직렬연결 할 때의 축전지의 용량은 얼마인가48 ? 단 일시용량( , L( ) 3㎾

부조일수 일 보수율 방전심도 는 이다H, (Df) 10 , (L) 0.8, (DOD) 0.65 .)

=×××

××

= 601(AH)

연축전지 알칼리축전지( 2(V) 1.2(V))

5 인버터 입력 최저전압 축전지와 인버터간 전압강하 축전지 방전종지전250Vdc, 2V,

압 인버터 효율 축전지 최저동작전압 의 상황에서 기준1.8(V/cell) 90% 5 10HR℃

용량환산계수K( ) = 일 때 축전지 개수 및 를 구하시오10.5 6V unit AH . 단 정전지 비( ,

상부하용량은 방전유지시간 이다3 , 24HR .)㎾

(1)

=

= 13.24(A)

(2) =

= 140EA

즉 공칭전압 인 연 축전지 직렬설치 의미, 2V/C (Pb) 140EA

시 로 하면6V unit 141EA ,

= 건전지 직렬개수이다47EA(6V ) .

핵심계산문제

5

(3) 시간환산계수K( )

셀18V/ , 5 , 10HR℃ → 10.5(HR)

나머지 시간은 더한다.

K= 10.5+14 = 24.5

∴ =×

404.3≒

6 에 적용되는STC AM = 의 태양 입사각을 구하시오1.5 .

= 1.5 =sin

∴ 41.8≒ °

(1) 태양광 정수(Solar Contant)

태양광이 대기전에 도달한 세기: 1370W/ (AM㎡ = 0)

(2) 지표면에 도달한 세기 : 1060W/ (AM㎡ = 1.5)

(3) 표준시험조건STC(Standard test condition)

AM = 1.5

1000W/㎡

25℃

(4) AM(Air Mass : 대기질량 정수계수( ))

1AM : 태양광이 대기권 입구에서 적도해발 까지 도달하는 구간0m

∴ =sin

( : 태양입사각 축전도 로써, sin90 AM° = 1)

7 서울 대한민국 의 위도가 일 때 절기별 남중고도는( ) 37° , ?

춘분 하지 추분 동지

6

춘추분· : 90- = 90-37 = 53°

하지 : 90-(-23.5) = 76.5°

동지 : 90-(+23.5) = 29.5°

(1) 계절과 고도남중고도( )

-태양복사강도는 무엇보다도 태양고도각에 의존한다.

-직달광선과 수평면이 이루는 각도이며 수평면과 태양의 중심이 이루는 각이다, .

-특히 남중고도란 하루 중 태양의 고도가 가장 높을 때의 고도를 말한다.

: 하지 남중고도

: 춘 추분 남중고도·

: 동지남중고도

: 위도

하지 남중고도각() = 90-(-23.5)

춘 추분 남중고도(· ) = 90-

동지 남중고도각() = 90-(+23.5)

8 입사 일사량 복사에너지 과 주위온도에 따른 태양전지의 전압 전류 출력 특성을 설( ) , ,

명하시오.

(1) 입사 일사량복사에너지과 전압 전류 출력 특성( ) , ,

핵심계산문제

7

(2) 주위온도특성

개략 증가시1 Isc 0.05% , Voc 0.4% , P 0.5%℃ ↑ ↓ ↓

9 한전 배전용 에 태양광발전 저압 를 일반선로에 연계TR 300 A, 22.9 /220V 20㎸ ㎸ ㎾

하려고 할 때 연계 가능여부를 검토하시오. 단 일반선로에 기존연계용( , 10 , 20 ,㎾ ㎾

량은 전용선로에 가 각각 연계 중이다80 .)㎾

(1) 저압 한전 연계조건 조(4 )

∙ 미만PVG 100㎾

∙배전 용량TR 50% 80+(20+10)+20≥ = 으로 가능 단계 연계가능130 (1 )

1) 배전 용량 신규연계 용량시TR 25% PVG≥

∙ 간소검토1-

연계용량 검토하여 일반선로에 연계가능2-

∴ 300 0.25× = 신규 가능 단계 일반선로연계75 20 (2 - )＞

-간소검토

∙배전 용량 일반선로 누적연계 용량TR 25%≥

∴ 300 0.25× = 75 (20+10)+20＞ = 가능 단계 간소검토50 (3 )

-연계용량 평가

배전 용량 일반선로 누적용량 일 때는 제 절 평가사항 검토 후 연계TR 25% 2＜ “ ”

가능일반선로( )

∙계통전압 허용 범위로 조정 조(20 )

∙상시전압 변동이 이하 조3% (21 )

∙단락용량 초과하지 않을 것 조(23 )

(2) 배전용 용량 신규연계 용량 시TR 25% PVG＜

혹은 제 절 평가항목 에 적합하지 않을 때 저압 전용선로로 가능2“ ”

(3) 배전 용량 누적연계용량 시TR 50%＜

∙원칙:연계불가

8

∙단서조항

계통에 과 저전압 발생우려가 없고 배전 용량 누적연계용량이면 간소 연계용량, TR ,≥

평가로 연계가 가능하다.

(4) 연계량이 미만이라도 특고압 계통 연계 가능하다PVG 100 .㎾

10 아래와 같은 규격에 대하여 변환효율을 구하시오Module (1) F·F (2) .

인치85Wp 5 type

셀 Voc Isc Vmpp Impp Sige

125×125㎜

단결정 개3621.6V 5.3A 17 5

1190×540

t : 40㎜

(1) F F(Fill Factor)·

×

×=×

×= 74.2(%)

(2) 변환효율

× ×

×=× ×

×= 15.5(%)

11 다음은 태양광발전소를 건설하기 위해 주어지는 조건이다 각 물음에 대하여 계산과.

정과 답을 쓰시오.

조건[ ]

- 태양광발전소 부지는 가로 세로 이다 경계선으로부터 상하좌우200m( )×100m( ) . 3m

씩 빈 공간을 두고 태양광모듈을 설치한다 경계선에서는 울타리와 같은 경계시설, .

이 없는 일반 평지이다 또한 모듈 사이의 간격은 없는 것으로 한다. , .

- 인버터 최대입력 전압은 무시하고 입력전압 범위만 설계에 이용된다.

- 계산된 결과는 소수점 둘째자리까지 표시하고 그 이하는 절사한다, .

핵심계산문제

9

표 태양광모듈 사양[ 1]

구 분 태양전지 모듈 사양

최대전력 Pmax(W) 260W

개방전압 VOC(V) 37.10V

단락전류 ISC(A) 8.76A

최대전압 Vmpp(V) 29.90V

최대전류 Impp(A) 8.37A

온도 보정계수 VOCC -0.30%/℃

온도 보정계수 VmpC -30%/℃

모듈 치수 1640(L)×1000(W)×35(D)㎜

NOCT 47℃

표 인버터 사양[ 2]

정격 출력전력( p)㎾ 630 p㎾

효율 98.4%

입력전압 범위 VDC 500~840V

주파수 60㎐

최대 입력 전압 1000V

전류 1350A

최대 입력 전력 640 p㎾

형 인버터TR

※ 다음 물음에 대한 계산과정과 답을 정확히 기록하시오.

10

가. 발전예정지에 최대 발전가능 전력량을 구하시오.

∙이격거리(D) =

∙가로 모듈 수 =

∙세로 모듈 수 =

∙총 모듈 수 =

∙총 예상발전량 =

나. 태양광모듈의 사양에 따라 모듈 온도가 최저인 에서의 와-10 Voc, Vmpp℃

모듈표면 온도 최고 에서의 를 구하시오70 VOC, Vmpp .℃

∙ VOC(-10 )℃ =

∙ Vmpp(-10 )℃ =

∙ VOC(70 )℃ =

∙ Vmpp(70 )℃ =

다. 주어진 인버터의 성능에 알맞은 최대 직병렬 모듈수를 결정하시오.

∙계산과정 :

라. 발전부지에 설치될 수 있는 인버터는 몇 대인지 구하시오. 단 인버터 대수는( ,

정수로 나타내며 소수점 이하는 올림한다, .)

∙계산과정 :

(1) 발전예정지 최대 발전가능 전력량

1) 이격거리(D)

1.64×sin

sin= 3.17(m)

2) 가로 모듈 수

(200-6)/1 = 194(EA)

3) 세로 모듈 수

(100-6)/3.17 = 29.65

여기서 3.17 29× = 로 여유91.93m 2.07m

1.64cos30° = 이므로 설치 가능1.42m 2.07m 30EA＜

4) 총 모듈 수

194 30× = 5,513.2( p)㎾

(2) 모듈온도 최저 최고 일 때(-10 ), (70 ) VOC, Vmpp.℃ ℃

1) VOC(-10 )℃ = 37.1[1-0.003(-10-25)] = 40.99(V)

핵심계산문제

11

2) Vmpp(-10 )℃ = 29.9[1+(-0.003)(-10-25)] = 33.03(V)

3) VOC(70 )℃ = 37.1[1-0.003(70-25)] = 32.09(V)

4) Vmpp(70 )℃ = 29.9[1-0.003(70-25)] = 25.56(V)

모듈 표면온도가 제시되어 있으므로 는 변환하지 않는다NOCT(47 ) .℃

(3) 주어진 인버터 성능에 알맞은 최대 직병렬 모듈 수

1) 직렬 수 인버터 대 당n( 1 )

≤ max

max

= 20.49

≥ min

min

= 19.33

19.33＜ 20.49＜

∴ = 개20

2) 총 병렬 수

=×

= 291

인버터 대당 병렬1 97 3× = 291EA

∴ 개291

3) 인버터 수 대당(630 p 1 )㎾

1,513,2 630÷ = 개 대당2.40 (1 504.4 p)㎾

4) 인버터 설치대수정수로 소수점 이하 올림( , )

열 모듈수30 , 194

-총 모듈 수 30 194× = 5,820EA

-총 발전량 0.26 5,820× = 1,513.2( p)㎾

인버터 대 이용630 p 3㎾

1,513.2/3→대당 부담 운전504.4 p㎾

504.4 /0.26㎾ ㎾= 모듈 대당1,940EA /

1,940/20 = 병렬수로 분담 연결97

-직렬 병렬 마다 인버터 대씩 고루 배치 총 대로 설계한다20EA 97 1 , 3 .

12

12 정전 시 비상부하용량 방전유지시간 인버터 입력 최저전압 축3 , 24HR 250 Vdc,㎾

전지와 인버터 간 전압강하 축전지 방전종지전압 셀 인버터 효율2V, 1.8(V/ ) 90%

축전지 최저동작전압 조건에서 기준 용량환산계수5 10HR K( )℃ = 일 때10.5 6V

축전지 개수 및 를 구하시오unit AH .

(1) =

= 13.24(A)

(2) =

= 140EA

즉 축전지 공칭전압 인 연 축전지로서 직렬 배치함을 의미, 2.0V/C (Pb) 140EA

6V uni 시t 141E 로 가정하여A 141 3÷ = 47EA 즉 축전지를, 6V 47EA를 직렬 배치한다.

(3) 시간환산계수K( )

셀1.8V/ , 5 , 10HR℃ → 10.5(HR)

나머지 시간은 더함

K = 10.5+14 = 24.5

∴ =×

404.3≒

답 : 400AH 6V 47EA

13 제어변식 거치 연축전지 형으로 분담전력 운전시간 온도SLM Peak 100 2HR,㎾

인버터 입력 최저 직류전압강하 인버터효율 방전종지전압5 , 250Vdc, 2V, 92%,℃

셀1.8V/ , k = 일 때 다음을 구하시오3.3(HR) .

1) 축전지 유닛의 총 설치 대수12V

2) 총 축전지용량(AH)

3) 방전심도 의 값(DOD)

(1) =×

×= 431(A)

핵심계산문제

13

(2) =

=140

∴공칭전압 인 연 축전지 직렬배치 의미2.0V/C (Pb) 140EA

는 로 가정한다12V unit 144EA . 144 6÷ = 즉 축전지를 직렬 배치24EA , 12V 24EA

(3) k = 3.3(HR)

=×

= 1781

∴ 2000AH

14 어레이 길이 어레이 경사각 설치 위도 시 어레이의 최(Array) 1.25m 35° (lat) 37.5° ,

소 이격거리 는(m) ?

(1) = (cos+tan

sin

= 1.25(cos35 +°tan°

sin°)

= 2.32(m)

(2) = sin

sin

= 1.25sin°

sin°

= 1.25 2.34(m)

(3) = (cos+sin tan(· +23.5))

= 1.25(cos3.5 +sin35 tan61 )° °· °

= 2.31(m)

∴상기 식에서 간략은 이고 경사각과 위도가 있을 때는 음영각을 동지기준 태양(2) ,

고도로 계산한다.

15 초기 투자비 억 설비수명 년 연간유지관리비 억인 설비의 연간38.4 , 20 , 3 1MW PVG

총 발전량이 일 때 발전원가 원 를 구하시오1241(MWH) ( / H) .㎾

14

×

×년×원396.5 / h≒ ㎾

16 과수원 용지에 아래와 같은 조건으로 태양광발전 설비를 설치 할 때 각 물음에 답하

시오. 단 소수점 둘째자리까지 표시하고 반올림은 하지 않음( , )

설비용량과 조건

설비용량 2.288MWP 시스템 이용률 ㉯

SMP 원140 / h㎾ 할인율 5.5%

REC 원170 / h㎾ 발전시간 3.36HR

판매단가 ㉮모듈발전

경년감소율0.7%

자기자본율 100%차년도 모듈발전1

감소율3%

가. 가중치 적용 전체 판매단가를 구하시오.

나. 시스템 이용율을 구하시오.

다. 년간 발전량과 발전 수익을 계산하시오5 . 단 는 년 적용하며 소수점 이하( , REC 3 ,

절사함)

백만원( )

년 도 차년도1 차년도2 차년도3 차년도4 차년도5

발전량(<MWH/Y)

발전수익 총투자편익( )

라. 연도별 발전 비용이 다음과 같을 시 순현가 와 비용편익비 를 구하시(NPV) (B/C)

오. 단 발전수익과 발전비용 이외의 모든 이익과 비용은 제외한다( , .)

년 도 차년도0 차년도1 차년도2 차년도3 차년도4 차년도5

발전비용

총비용( )1,877 240 236 226 209 196

∙순현가(NPV)

∙비용편익비(B/C)

마. 발전소의 순현가와 비용편익비를 분석하여 사업 타당성을 결정하시오.

핵심계산문제

15

가. 가중치의 적용단가REC : 원170 / h 0.7㎾ × = 원119 / h㎾

전체 판매단가R : 140+119 = 원259 / h㎾

∙신재생에너지별 공급인증서 가중치 개정(2014. )·

구 분공급인증서

가중치

대상에너지 및 기준

설치유형 지목유형 용량기준

태양광

에너지

0.7 건축물 등

기존시설물을

이용하지 않은

경우

개 지목5

전 답 과수원 목장용지 임야( , , , , )

1.0 기타

개 지목23

이상100㎾

1.2 미만100㎾

1.5건축물 등 기존 시설물을 이용하는 경우

유지의 수면에 부유하여 설치하는 경우

기타 신재생

에너지

0.25 부생가스IGCC,

0.5 폐기물 매립지가스,

1.0수력 육상풍력 바이오에너지 전소발전, , , RDF

폐기물 가스화 발전 조력방조제, ( )有

1.5목질계 바이오매스 전소발전 해상풍력연계거리, (

이하5km )

2.0해상풍력연계거리 초과 조력방조제 연( 5 ), ( ),㎞ 無

료전지

주1) 가중치는 발전원가 온실가스 감축효과 산업육성효과 환경훼손 최소화 해당, , , ,

신 재생에너지의 부존잠재량 등을 고려하여 산업통상자원부 고시로 규정·

주2) 신 재생에너지 공급인증서 가중치는 년마다 재검토3·

나. 시스템 이용률

성능분석 용어 산출방법

태양광 어레이

변환효율경사면 사량 ×태양전지어 면적

태양전지어 출 전

시스템 발전효율경사면 사량 ×태양전지어 면적

시스 발전전 량

태양에너지 의존율하 비전 또는전 량시스 평균발전전 또는전 량

시스템 이용률×운전 수×태양전지어 계용량 준상태

시스 발전전 량

시스템 성능

출력계수1) 태양전지어 계용량 준상태㎾×경사면 사량㎾㎡

시스 발전전 량㎾× 준 사강도㎾㎡

시스템 가동률 ×운전 수

시스 동 시간

16

시스템 일조가동률가조시간

시스 동 시간

1) 시스템 성능출력 계수( )

경사면 사량㎾㎡×태양전지어 면적㎡×태양전지어 변환효 준상태

시스 발전전 량

2) 가조시간 태양에서 오는 직사광선 일조를 기대할 수 있는 시간- .

×운전 수×태양전지어 계용량 준상태

시스 발전전 량

=××××××

다. 년간 발전량과 발전 수익을 계산5

1) 차년도1

-발전량: 일2.288MWH 3.36HR 365 (1-0.03)× × × = 2,721(MWH/Y)

-발전수익: 2,721 10× 3 259× = 백만원704

2) 차년도2

-발전량: 2,721 (1-0.007)× = 2,701(MWh/Y)

-발전수익: 2,701 10×3259× = 백만원699

3) 차년도3

-발전량: 2,701 (1-0.007)× = 2,682(MWh/Y)

-발전수익: 2,682 10×3259× = 백만원694

4) 차년도4

-발전량: 2,682 (1-0.007)× = 2,663(MWh/Y)

-발전수익: 2,663 10×3140× = 백만원372

적용제외(EC )

5) 차년도5

-발전량: 2,663 (1-0.007)× = 2,644(MWh/Y)

-발전수익: 2,644 10×3140× = 백만원370( )

- 년간 발전용량과 발전수익총편익5 ( )

백만원( )

차년도1 차년도2 차년도3 차년도4 차년도5

발전량(MWh/Y) 2,721 2,701 2,682 2,663 2,644

발전수익

총투자편익( )704 699 694 372 370

라. 순현가 와 비용편익비(NPV) (B/C)

1) 총 편익비

=

+

+

+

+

핵심계산문제

17

677+628+591+300+283≒

= 백만원2,469

2) 총 투자비

= 1,877+

+

+

+

+

= 1,877+227+212+192+168+149

= 백만원2,825

∴NPV= 2,469-2,825 = -356

B/C= 2,469/2,825 = 0.87

마. 사업타당성 분석

1) 비용편익비B/C( )

= 사업타당성1＞

∴

= 으로 곤란0.87<1

2) 순현가NPV( )

사업타당성0＞

∴NPV= 으로 사업 타당성 곤란-365 0＜

17 어레이 길이 경사각 어레이 최소 이격거리 일 때 설치장소의(L) 1.5m 30° (d) 3.4m

위도는?

cossin·tan

cos°sin°·tan

tan≒tan

∴ tan tan ≒

∴ ≒°

18 다음 조건의 설계 풍압 을 계산하시오(N/ ) .㎡

구 분 적용값

기본풍속( ) 30[m/s]

18

고도분포계수( ) 1.15

풍속할증계수( ) 1.00

중요도계수( ) 1.00

밀도( ) 0.00125[kN·s2/m4]

가스트 향계수( ) 2.2

풍력계수( ) 1.2

W(Kn/ )㎡ = ·· 에서

설계속도압( kN/ )㎡

·×××

에서

0.00125 (30 1.15 1 1)2× × × × ×

=

×× = 0.74(kN/ )㎡

∴W=0.74 2.2 1.2× × = 1.95(kN/ )㎡

19 인버터 용량 모듈 출력전압 인버터 동작범위Module Wp 175W, 20 28~42(V),㎾

시 직 병렬 수를 구하시오150~550(V) · .

(1) 직렬( 수)

≤

→ ≤ ≤

∴최대치 으로 결정13

(2) 병렬( 수)

×

×= 8.79

∴ = 8

∴총 발전량Module

0.175 13 8× × = 18.2( )㎾

20 직렬 개 병렬 개로 어레이 구성하여175 Wp Module(Impp 5A Vmpp 35V) 10 , 20

인버터까지 일 때 최소 굵기의 케이블 공칭 단면적 을 구하시오120m ( ) .㎟

핵심계산문제

19

(1) 전압String 35 10× = 350V

총 전류 병렬DC 5 20× = 100A

는 로 이므로(%) 120m 5%

350V 0.05× = 17.5(V)

(2) =

=

××

= 17.5(V)

∴ ×

××= 24.41

∴ 25㎟

21 태양광 발전 분전반에서 거리에 의 교류 단상 전열기를 설치하여25m 4.4 220V㎾

전압강하를 이내가 되도록 하기 위한 전선의 굵기를 구하시오2% . 단 배선방법은( ,

금속관공사로 전류 감소계수는 로 하며 전선은 공칭 단면적으로 한다0.7 , .)

(1) 전압강하 일 때2%

= 220V 0.02× = 4.4[V]

(2) 부하전류

= 44,000/220 = 20[A]

(3)

××에서 전류감소계수를 고려하여

××

××= 5.78

∴ = 5.78[A]

답 6㎟

22 일소비량 부조일수 일 연축전지사용 직렬개수 방전심도 보수3 H, 10 , 48EA, 0.65,㎾

율 일 때 독립형 축전지 를 구하시오0.8 (AH) .

×××

××

= 601

∴ 600(AH)

20

23 연축전지 직렬 축전지로 부하 공급시 부하의 최종허용전압이 즉55EA 110±10V ,

이며 선로 전압강하 일 때 전지당 방전종지 전압 을 구하시오100V 5V (V) .

1.91≒ 셀/

24 용량 당 연간 발전량을 계산하시오PVG 1 .㎾ 단 최대 일조시간 부조일수( , 5.1HR,

25%)

(1) 최대 일조시간

맑은 날최대일조량 지속시간( )×

세기의 일조량을 발전가능을 의미한다1 5.1HR .㎾

∴ ××× 1400 H≒ ㎾

(2) 국내 연간 최적 경사각에서 일 당 일3.4~3.5 H/·㎡ ㎾ ㎡·

∴ (3.4~3.5) 365× → 년1200~1900 h/㎾ ㎡·

통합설계계수 정도 시(0.65~0.8 )

(1200~1900) 0.75× = 840~1400 h㎾

(3) 일 가동율 시

가동율 일1 0.16(4/24HR) (365 24HR) 1400 h㎾× × × ≒ ㎾

∴즉 일이 최대 출력 의미로, 1400/365 3.8HR/≒

는 부조일수 포함 년 전체 평균일이다1 .

25 지붕 가로 세로 남향 경사 주택용 설치 일사량(9×5m × ) 45 , , 30° PVG 3.65( h/㎡ ㎾

일 종합설계계수 사양 인버· ), 0.75, Module 102 Wp, Vmpp 34V, 885×990㎡ ㎜

핵심계산문제

21

터 사양 정격입력 단상 시 생산가능 발전전력량을 구하시오DOV 200V, ACV 200V .

(1) 직렬 수String module ()

인버터 200V/34V = 5.8

∴ 장 정격 란 최저 최고 중간정도6 ( 200V , )

∴ 장 가로배치 장6 1000 6㎜× → 로 충분6m

String 34V 6× = 204(V)

102W 6 612(W)×

(2) 병렬수()

(5)/0.0885→ 간격고려 장5.6 5

∴ 102Wp 5 6× × → 주택용3 p ok㎾

(3) 생산가능 발전량

3㎾×

· 0.75×

= 일8.21( h/ )㎾

26 최대 발전량 총 모듈 수 배치도 인버터 구성방식 변환 효율을 구하시오, , , , .

①

1) 인버터 입력전압 300~700 dcv

2) 모듈경사각 동지 시 발전한계 시각의 고도각30°, 15°

3) 가로쌓기 배열로 하되 가로간격은 무시

4) 부지 경계선에서 씩 여유1m

22

② 사용 규격Module

직렬 셀 수 Voc Isc Vmpp Impp Wp사이즈

가로 세로 두께( × × )

60 35V 8A 30V 7A 210W 1000×1500×40㎜

③ 온도 보정계수

= -0.4%/℃ : +0.05%/℃

④ 셀 표면온도조건

- 최저시 셀 온도 -10℃

- 최고 주변온도 40 (NOCT 46°)℃

* 모듈계산은 소수점 자리 반올림값으로 한다2 .

(1) 온도보정계수에 따른 및

1) (-10 )℃ = 35[1-0.004(-10-25)] = 39.9(V)

2) (-10 )℃ = 30[1-

(0.004)(-10-25)] = 33.6(V)

3) 최고온도 시에는 주의온도 를 이용 표면온도로 환산해야 하므로40 NOCT℃

셀 표면온도=40+

× = 72.5°

(40 )℃ = 35[1-0.004(72.5-25)] = 28.35(V)

4) (40 )℃ = 30[1-

(0.004)72.5-25]]= 25.11(V)

(2) 최대 직렬 수Module

1) min

min≤ ≤ max

max

= ≤ ≤

= 17.54

∴ 12≤ 17≤

2) 부지 설치 가능 배치수가로열( )

= 28(EA)

∴최대 직렬수 로 하면 내에 조 가능14EA 28 String 2 (17 n 12)㎜ ＞ ＞

핵심계산문제

23

(3) 최대 병렬 스트링 수

1) 스트링 세로 간격

sin

sin= 1.5sin°

sin°= 4.10m

∴

= 4.39

즉 열 배치하면, 4 4.1 4× = 로서16.4m , 18-16.4 = 여유가 생긴다1.6m .

2) 열 추가 설치 가능 파악1

= 1.5 cos30°= 로서 가능1.3m

∴ 열 설치5

(4) 총 수Module

-직렬 개수(1 String) : 14EA

-병렬 개수 열 조5 2× : 열10 ∴ 140EA

(5) 최대 발전량 온도계수 무시(Pmpp )

210W 140× = 29400

∴ 29.4㎾

(6) 인버터 용량

- 이상 대 중앙집중식30 1㎾

- 이상 대 분산식15 (20 ) 2㎾ ㎾

(7) 배열 배치도

24

27 모듈 길이 를 경사각 로 설치하고 위도 의 지역에 설치 시 모듈 간 최1.5m 35° 36.5°

소 이격거리 및 토지면적 이용률을 구하시오(m) . 단 동지 때의 남중고도를 기준( , )

(1) 간격

1) costan

sin

2) sin

sin

3) cossin·tan

위의 식 중 가 간략하므로2)

sin

sin

= 1.5

= 2.73(m)

(2) 토지면적 이용률()

= 0.55

일반적으로 = 정도로0.3~0.5 정도면 음영영향 없음3L≒

28 아래 조건의 설비 설치비용에 대한 및 를 구하고 사업타당성을 검토PVG B/C NPV

하시오.

핵심계산문제

25

조건[ 1]

자기자분율 로 설비 설치 년간 발전 총 비용100% PVG 5

백만원( )

차0 차년도1 차년도2 차년도3 차년도4 차년도5

1500 200 250 200 200 180

조건[ 2]

설비용량과 조건 적용기준은 년(REC 3 )

설비용량 2MWP 할인율 5%

SMP 원150 / h㎾ 발전시간 4HR

REC 100 모듈발전량

갱년감소율

차년도1 : 3%

차년도 이후2 : 0.5%대학교 옥상 곳 이용설치4

(1) 발전판매단가

- 가중치SMP+REC× = 150+100 1.5× = 원300 / h㎾

-신재생에너지원별 공급인증서 가중치·

구분공급인증서

가중치

대상에너지 및 기준

설치유형 지목유형 용량기준

태양광

에너지

0.7

건축물 등

기존시설물을

이용하지 않는 경우

개 지목5

전 답 과수원 목장용지 임야( , , , , )

1.0기타 개 지목23

이상100㎾

1.2 미만100㎾

1.5건축물 등 기존 시설물을 이용하는 경우

유지의 수면에 부유하여 설치하는 경우

기타

신재생

에너지

0.25 부생가스IGCC,

0.5 폐기물 매립지가스,

1.0수력 육상풍력 바이오에너지 전소발전, , , RDF

폐기물 가스화 발전 조력방조제, ( )有

1.5 목질계 바이오매스 전소발전 해상풍력연계거리 이하, ( 5 )㎞

2.0 해상풍력연계거리 초과 조력방조제 연료전지( 5 ), ( ),㎞ 無

주1) 가중치는 발전원가 온실가스 감축효과 산업육성효과 환경훼손 최소화 해, , , ,

26

당 신재생에너지의 부존잠재량 등을 고려하여 지식경제부 고시로 규정·

주2) 신재생에너지 공급인증서 가중치는 년마다 재검토3·

(2) 년간 발전용량과 발전수익총편익5 ( )

소수점 절사< >

백만원( )

차년도1 차년도2 차년도3 차년도4 차년도5

발전량(MWh/y) 2832 2817 2802 2787 2773

발전수익

총투자편익( )849 845 840 418 415

① 차년도1

× 일365 (1-0.03)× × = 년2832.4(MWH/ )

2832 10×3300× = 원849,600,000( )

② 차년도2

2832(1-0.005) = 2817.84

2817 10× 3 300× = 845,100,000

③ 차년도3

2817(1-0.005) = 2802.92

2802 10×3300× = 840,600,000

④ 차년도4

2802(1-0.005) = 2787.99

2787 10×3150× = 적용제외418,050,000(REC )

⑤ 차년도5

2787(1-0.005) = 2773.07

2773 10×3150× = 415,950,000

(3) 및B/C ratio NPV

① 총 편익비

=

808+766+725+343+325≒ = 백만원2967

② 총 투자비

=

1500+190+226+172+164+141≒ = 백만원2393

③ B/C ratio

2967/2393 1.24≒

④ NPV

2967-2393 = 574

(4) 사업타당성 분석

① 비용편익비B/C( )

핵심계산문제

27

= 사업타당성 있음1.24 1＞

② 순현가NPV( )

= 사업타당성 있음574 0＞

29 아래 그림의 터파기 계산방법을 수식으로 기재하시오.

(1) 독립 기초파기

(2) 줄 기초파기

(3) 철탑 기초파기

(1) =

× ′×′

(2) =

× 줄기초길이[ ]× ㎥

(3) =가로 세로× × 1.21[ ]× ㎥

30 아래 그림에서 터파기 시 터파기량 을 계산하시오( ) .㎥

28

= 3

= 3

′ = 2

′ = 2

= 2.5[m]

=

× ′×′

=

(3 3)+(2 2)+× × × ×

= 15.83[ ]㎥

31 용량 설치 연계하고자 할 때 배치도를 검토하시오PVG 1MW , .

(1) 규격Module

Voc Isc Vmpp Impp Wp 온도특성

45.0V 5.0A 40.0V 4.0A 160W

Voc : -0.4%

Isc : +0.005%

Pmpp : -0.5%

(2) 인버터 규격

정격입력전압 입력범위 최대입력전류 용 량

750 Vdc 450~850 Vdc 500 Adc 250㎾

(3) 설치 장소 모듈 표면 온도 조건

1) 최저온도 : -20℃

2) 최고온도 : 70℃

(1) 온도보정에 따른 와 값Voc max Vmpp min

1) Voc max

45[1+(-0.004)(-20-25)] = 53.1(V)

2) Vmpp min

40[1+

(-0.004)(70-25)] = 33.6(V)

핵심계산문제

29

(2) 직렬수Module (n)

max

max ≤≤ min

min

≤≤

∴직렬 개로 선정16

(3) 병렬수Module

1)×

용량×

×

여기서 설치용량은 인버터의 이내 가능하므로 열 선Module 105% (262.5 ) 100㎾

택하면 16() 100 160× × = 로 가능256( )㎾

2) 인버터 입력전류 초과 검토

max 로 비교최고온도 시( )

max = 4.0[1+

(0.0005)(70-25)] = 4.07(A)

∴ 열4.07 100( )× = 로써 인버터 최대입력전류 이내이므로407A 500A

∴병렬 수는 열로 결정100

(4) 및 인버터 대수PVG

1) Module 1EA 160Wp

2) 직렬수Module : 16EA

3) 병렬수Module : 열100

∴현 접속반 병렬단자는 규모이므로 인버터 대당 접속반은6, 8, 12, 20EA 1 20

단자 기준 100/20 = 로 해야 함5EA

4) 접속반 면당 수1 Module : 16 100× = 1600EA

5) 인버터 대당 부하용량1 (250 p) Module㎾

1600 160× = 256( )㎾

6) 용량에 필요한 인버터 대수1MW PVG

= 3.91

∴ 대4 (

= 4)

(5) 간략 배치도결선도( )

병렬 열이 접속반에 인입해야 하므로 실제로는 모듈 규격이 가능한한 큰 를100 Wp

결정하는 것이 좋다.

30

32 어레이의 연 생산전력량은1 ?㎾ 단 최대 일조시간 부조일수 가정( , 5.1HR, 25% )

1 5.1HR 365 0.75 1400 h/Y㎾× × × ≒ ㎾

* 일반적으로 5.1HR 0.75× = 로써3.825HR ,

용량 계산으로 하루 이용율시간 척도로 이용PVG ( ) 3.825 365 SYS㎾× ×

33 일수요량 발전 여유율 감쇄보상율 손실률 최대 일조시간2500Wh, 1.25, 1.13, 1.2,

시 어레이용량 은5.1HR (Wp) ?

2500 1.25 1.13 1.2/5.1× × × = 831(Wp)

34 발전 설비용량 설치 시 접속반까지의 주요 구성항목을 설명하시1MW PVG Module

오. 단 인버터는 대로 구성( , 100 ×10 )㎾

- Module

Voc Isc Vmpp Impp Wp 온도계수

45.1 4.86 41.5 4.22 175

Isc +0.05%/℃

Voc -0.28%/℃

Pmpp -0.42%/℃

- 인버터(100 )㎾

최대입력 Vdc 정격입력 Vdc 입력범위 Vdc 최대입력전류 Adc

880 750 450~850 220

- 설치장소 표면온도Module

최저온도 최고온도

-20℃ +80℃

핵심계산문제

31

(1) 직렬수 계산Module

1) 최대 직렬수

′ = 45.1[1+(-0.0028) (-45)]× = 50.78(V)

∴

= 16.74(EA)

2) 최저 직렬수

′ = 41.5[1+

(-0.0028) (55)]× = 35.62(V)

∴

= 12.63(EA)

∴ 12.63≦ 16.74≦

∴직렬 선정16EA

(2) 병렬수 계산인버터 대당Module ( 1 )

1)×

용량×

= 35.71

여기서 용량은 인버터 내 허용 로 선정Module 105% 36EA

병렬 직렬(36( ) 16( ) 175× × = 로써100.8( ) 100 1.05㎾ ㎾× = 내 가능105 )㎾

∴ 병렬 선택36

(3) 인버터 최대입력전류 검토

∴ ′ = 4.22[1+(

0.0005 55)]× × = 4.32(A)

병렬4.32(A) 35( )× = 이므로 양호155.52Adc 220Adc＜

(4) 전체 용량PVG

인버터 대수175(Wp) 16 36 10( )× × × → 1008( p)㎾

35 에서 개 직렬 개 병렬로 어레이를 구성175Wp Module(Impp 5A, Vmpp 35V) 10 , 20

하여 인버터까지 일 때 최소 굵기의 케이블 공칭단면적 을 구하시오120m ( ) .㎟

(1) 전압String 35 10× = 350V

총 전류DC 5 20× = 100A

는 로 이므로e(%) 120m 5% 350V 0.05× = 17.5(V)

(2) e =

서

××= 17.5(V)

×

××= 24.11

∴ 25㎟

(3) 참고

단상 선식2 e =

이내(17.8 2)×

32

상 선식3 3 e =

(17.8× )

단상 선식3

상 선식3 4e =

상과 상(1 N )

-허용전압강하표

이내60m ~120m ~200m 초과200m

자가수전 3% 5% 6% 7%

저압인입 2% 4% 5% 6%

* 는 자가수전 측에 해당PVG

36 연계 계통에서 의 차단용량을 구하시오PVG SYS 22.9 VCB . 단 기존 한전( , 100 A㎹

기준 선로 %Z = 로 하고 비대칭 계수를 고려한 여유계수는 로 한다40% 1.5 .)

(1)

에서100×

×

×= 2521.11(A)

∴

100× = 6302.77(A)

여기서 를 고려 여유계수 적용 시MF , 6302.77 1.5× = 9454.16(A)

정격 선정한다12.5kA .

(2) ×× ≒ 520(MVA)

37 다음 조건에 맞는 시스템 이용률은?

태양광 발전설비 용량- 2.288MWp

발전시간- 3.36hr

이용률=××××××

=

= 14(%)

38 다음 조건의 설계 풍압 을 계산하시오(N/ ) .㎡

핵심계산문제

33

구 분 적용값

기본풍속V0( ) 30[m/s]

고도분포계수C3( ) 1.2

풍속할증계수C4( ) 1.0

중요도계수C5( ) 1.0

밀도( ) 1.25[N·s2/ ]㎡

가스트 향계수C1( ) 2.0

풍력계수C2( ) 1.1

: 가스트영향계수

: 풍력계수

: 고도분포계수

: 풍속할증계수

: 중요도계수

×× ×

·· 에서

설계속도압( kN/ )㎡

=

·×× ×

에서

1.25 (30 1.2 1 1)× × × × ×

2= 810(N/ )㎡

∴ = 810 2.0 1.1× × = 1,782(N/ )㎡

39 경사지붕의 적설하중을 구하시오.

조건[ ]

노출계수(Ce) : 온도계수A, (Ct) : 비 난방 구조물( )非

중요도계수(Is) : 층 경사지붕2 10m×6m

지상 적설하중(Sg) : 서울지역

지붕 경사도 계수(Cs) : 거친 표면으로 적용1.0

기본 지붕 적설하중계수(Cb) : 적용0.7

34

(1) 노출계수(Ce)

주변환경 Ce

A. 지형 높은 구조물 나무 등 주변 환경에 의해 모든 면이 바람막이가, ,

없이 노출된 지붕이 있는 거센 바람 부는 지역0.8

B. 약간의 바람막이가 있는 거센 바람 부는 지역 0.9

C. 바람에 의한 눈의 제거가 지형 높은 구조물 또는 근처의 몇몇 나무,

들 때문에 지붕 하중의 감소를 기대할 수 없는 위치1.0

D. 바람의 향이 많지 않은 지역 및 지형과 높은 구조물 또는 몇몇 나

무들에 의하여 지붕에 바람막이가 있는 지형1.1

E. 바람의 향이 거의 없는 조밀한 숲 지역으로써 촘촘한 침엽수 사이,

에 위치한 지붕1.2

(2) 온도계수(Ct)

난방상태 Ct

난방 구조물 적설하중 제어구조( ) 1.0

비난방 구조물 적설하중 비제어구조( ) 1.2

(3) 중요도계수(Is)

중 요 도 Is

특

- 연면적이 천 제곱미터 이상인 위험물 저장 및 처리시설 종합병1 ,

원 병원 방송국 전신전화국 발전소 소방서 공공업무시설 및, , , , , ,

노약자시설

- 층 이상 아파트 및 오피스텔15

1.2

1

- 연면적이 천 제곱미터 이상인 관람집회시설 운동시설 운수시5 , ,

설 전기시설 및 판매시설,

- 층 이상인 숙박시설 오피스텔 기숙사 및 아파트5 , ,

- 층 이상인 학교3

1.1

2 - 중요도 특 및 에 해당하지 않는 건축물( ), (1) (3) 1.0

3 - 가설 건축물 농가 건축물 및 소규모 창고, 0.8

(4) 지상 적설하중의 기본값(Sg)

지 역 지상적설하중(kN/ )㎡

서울 수원 춘천 서산 청주 대전 추풍령 포항 군, , , , , , , ,

산 대구 전주 울산 광주 부산 충무 목포 여수, , , , , , , , ,0.5

핵심계산문제

35

제주 서귀포 진주 울진 이천, , , ,

인천 0.8

속초 2.0

강릉 3.0

울릉도 대관령, 7.0

주1) 최소 지상 적설하중은 로 한다0.5kN/ .㎡

(1) 평지붕하중의 적설하중(kN/ )㎡

= × ×× × = 0.7 0.8 1.2 1.0 0.5× × × × = 0.336(kN/ )㎡

(2) 경사지붕 적설하중(kN/ )㎡

= × = 0.336 1.0× = 0.336(kN/ )㎡

∴0.336(kN/ ) 10m 6m㎡× × = 20.16kN

40 다음은 태양광발전소를 건설하기 위해 주어지는 조건이다 각 물음에 대하여 계산과.

정과 답을 쓰시오.

조건[ ]

- 태양광발전소 부지는 가로 세로 이다 경계선으로부터 상하좌우70m( )×150m( ) . 3m

씩 빈 공간을 두고 태양광모듈을 설치한다 경계선에는 울타리와 같은 경계 시설이, .

없는 일반 평지이다 또한 모듈 사이의 간격은 없는 것으로 한다. .

- 인버터 최대입력 전압은 무시하고 입력전압 범위만 설계에 이용된다.

- 구조물에 설치될 태양광모듈은 그림 과 같이 세로를 길게 설치한다3 .

- 계산된 결과는 소수점 둘째자리까지 표시하고 그 이하는 절사한다, .

36

표 태양광모듈 사양[ 1]

구 분 태양전지 모듈 사양

최대전력 Pmax(W) 250W

개방전압 VOC(V) 37.50V

단락전류 ISC(A) 8.70A

최대전압 Vmpp(V) 30.50V

최대전류 Impp(A) 8.20A

온도 보정계수 VOCC -0.33%/℃

온도 보정계수 VmpC -33%/℃

모듈 치수 1800(L)×950(W)×35.5(D)㎜

NOCT 46℃

표 인버터 사양[ 2]

정격 출력전력( p)㎾ 200 p㎾

효율 96.2%

입력전압 범위 VDC 450~820V

주파수 60㎐

최대 입력 전압 880V

핵심계산문제

37

전류 700A

최대 입력 전력 200 p㎾

형 인버터TR

※ 다음 물음에 대한 계산과정과 답을 정확히 기록하시오.

가. 발전예정지에 최대 발전가능 전력량을 구하시오.

∙이격거리(D) =

∙가로 모듈 수 =

∙세로 모듈 수 =

∙총 모듈 수 =

∙총 예상발전량 =

나. 태양광모듈의 사양에 따라 모듈 온도가 최저인 에서의 와-10 Voc, Vmpp℃

모듈표면 온도 최고 에서의 를 구하시오40 VOC, Vmpp .℃ 단 일사량은( ,

조건을 이용하여 셀 표면온도를 계산하고 설계하시오1000W/ , NOCT .)㎡

∙ VOC(-10 )℃ =

∙ Vmpp(-10 )℃ =

∙ VOC(40 )℃ =

∙ Vmpp(40 )℃ =

다. 주어진 인버터의 성능에 알맞은 최대 직 병렬 모듈수를 결정하시오· .

∙계산과정 :

라. 발전부지에 설치될 수 있는 인버터는 몇 대인지 구하시오. 단 인버터 대수는( ,

정수로 나타내며 소수점 이하는 올림한다, .)

∙계산과정 :

(1) 발전예정지 최대 발전가능 전력량

1) 이격거리(d)

= sin

sin

= 1.8×sin°

sin

= 4.06m

2) 가로모듈 수

38

(70-3 2)/0.95× = 67.36

∴67EA

3) 세로모듈 수

(150-6)/4.06 = 35.46

일 때35EA 4.06 35× = 로142.1

144 142.1– = 여유1.9(m)

1.8 cos33× ° = 이므로1.51 1.9＜

∴ 설치36EA

4) 총 모듈 수

67 36× = 2412(EA)

5) 총 예상 발전량

0.25 2412㎾× = 603 )㎾

(2) 모듈 최저 와 주변온도 최고 에서의(-10 ) (40 ) VOC, Vmpp℃ ℃

단 이용( , 1000W/ , NOCT )㎡

1) 셀 표면온도(TC)

40+

1× = 72.5℃

2) VOC(-10 )℃ = 37.5[1-0.0033(-10-25)] = 41.83V

3) Vmpp(-10 )℃ = 30.5[1-0.0033(-10-25)] = 34.02V

4) VOC(40 )℃ = 37.5[1-0.0033(72.5-25)] = 31.62V

5) Vmpp(40 )℃ = 30.5[1-0.0033(72.5-25)] = 25.71V

(3) 인버터 성능에 맞는 최대 직병렬 수·

1) 직렬 수(n)

≤max

max=

= 19.6

≥min

min=

= 17.49

17.49＜ 19.60＜

∴ 19EA

2) 병렬 수

×

= 42.1

∴ 열 가능42

3) 인버터 대당 총 모듈 수1

19 42× = 모듈798 EA

(798 0.25× = 199.5 p)㎾

(4) 인버터 대수

1) 인버터 대당 모듈 수1 = 직렬 병렬19 , 42 = 19 42× = 798EA

전체 모듈 수= 36 67× = 2,412EA, 2,412 798÷ = 3.02

∴ 3unit

핵심계산문제

39

즉, 798EA 3× = 직렬 병렬 회로2,394EA, 19, 42 3unit

∴인버터 당 담당 전력1unit = 19 42 0.25× × = 199.5[ p]㎾

(199.5[ p] 3㎾ × = 598.5[ p])㎾

2) 인버터 대수: 대3

총 예상발전량 : 0.25 2,412EA㎾× = 603㎾

인버터 대당1 200㎾

-인버터 대당 모듈 부담 가능1 201 (603/201㎾ = 3)

-인버터 대 설치하여 대당 부담3 1 201㎾

3) 가로 모듈수 설치(36EA)

제 가로모듈 개1 67

제 가로모듈 개2 66

⋮

제 가로모듈 개35 67

제 가로모듈 개36 66

∴총 모듈 수= (67 18)+(66 18)× × = 2,394EA