[공학저널 송강식 기자] 현재 ‘태양광’은 그 어느 때보다 높은 주목을 받고 있다. 신재생에너지 보급 확대 등을 포함한 그린뉴딜 계획에서 태양광 산업이 많은 비중을 차지하고 있기 때문이다.
태양광 설치가 확대될 것이라는 전망에 따라 태양광을 구성하는 기술에 대한 관심도 매우 높다.
특히 태양광 발전에서 중요한 역할을 하는 모듈과 인버터는 전 세계적으로 태양광 시장이 폭발적으로 증가함에 따라 국내에서 역시 개발이 활발하게 이뤄지고 있다.
인버터는 발전된 전력을 계통으로 전송하는데 전력 계통에 문제가 발생할 경우에 발전 장치를 안전하게 정지하기 때문에 계통 전력망에 연결하기 위해 반드시 필요한 장치로, 설치비용과 에너지 생산성을 좌우하는 변환효율 등이 주요한 지표이다.
무엇보다 국내 태양광 발전 시장의 사업개발은 태양광 모듈의 효율 증가와 시공 능력의 향상으로 점차 대형화되고 있는 상황이다. 국내 전기의 DC 저압 기준은 750V 이하로, 대형화되고 있는 태양광 규모를 고려할 때 태양광 설비의 DC 전류가 증가하고 전력라인의 간선비용이 상승되게 된다.
더욱이 2021년 1월을 기준으로 DC 전압 기준이 1500V로 변경되면서, 발전사업자의 초기 공사비용을 줄이고 설치 면적에 효율적인 1500V 제품의 요구가 증가되고 있다.
그간 외산 태양광 인버터가 주를 이뤘던 상황에서 최근 국내 태양광 인버터 개발·제조 기업인 ㈜윌링스는 3000kW 1500V DC 인버터를 출시해 눈길을 끌고 있다.
이번에 출시된 인버터는 대용량 제품의 고장 위험을 줄이고 발전시간을 늘리기 위해 750kW 단위로 동작할 수 있는 병렬 제어기술이 적용됐다. 750kW 단위의 스트링 동작이 가능해 발전소의 운영 효율 향상에도 기여할 수 있다는 장점을 가진다.
또한 능동소자, 수동소자, 제어부, 필터부, 팬 등을 단위 구성해 모듈화 했기 때문에 유지보수 시간을 단축시키고 시스템 발전시간을 극대한 것이 특징이다.
특히 태양광 인버터의 회로구성으로는 높은 입력전압에 유리한 3레벨 회로를 채용해 전력소자의 손실을 저감하고 전류리플을 감소시켜 98% 이상의 효율을 나타낼 것으로 기대를 모으고 있다.
지난 2003년 설립된 윌링스는 이러한 태양광 인버터 외에도 선박 수처리용 전원장치, 전기밥솥용 유도가열 인버터 등 다양한 전력변환 장치를 전문으로 생산하고 있다.
윌링스 오용승 연구소장(사진)은 “최근 태양광 시장은 모듈의 단위 면적당 최대 효율·발전을 위해 고효율 모듈과 양면 모듈을 적용하고 있다. 이에 대용량 태양광 인버터도 99%이상의 최대효율을 이루기 위해 연구개발을 수행 중”이라며 “대용량 태양광 발전소의 한전 계통의 변화에 따른 운영·전력 공급이 중단되는 사례가 있어 이를 막기 위한 다양한 FRT(Fault Ride Through) 기능과 한전 계통 유지에 기여할 수 있도록 성능을 향상하고자 한다”고 계획을 밝혔다.
뿐만 아니라 윌링스는 전력변환 기술력을 기반으로 다양한 창의적인 아이디어와 연구중심의 기술 개발을 통해 다양한 인버터를 개발, 출시하고 있다.
현재 윌링스는 ESS용 PCS를 최대용량 2MW까지 개발·생산하고 있으며, 계통의 DC 송전을 위한 HVDC용 SPS, 계통 노이즈를 안정화하는 자동화 장치 등도 개발 중이다.
가전분야로는 전기밥솥 브랜드로 유명한 쿠쿠에 유도가열 인버터를 2008년부터 지속적으로 납품하고 있고 열전소자를 이용한 직수형 냉온수 정수기의 내년도 신규모델 출시를 위해 연구개발 중에 있다.
또한 대형 선박의 평형수에 섞여 유입되는 해양생물이나 오염물질을 전기분해로 제거하는 선박수 처리 시스템 전력제어장치도 생산하고 있다.
한편, 최근 제품 생산에 사용하는 전기를 모두 신재생에서 공급받는 RE100을 채택하는 글로벌 기업이 점차 증가하고 있는 추세다. 한국수출입 은행 보고서에 따르면 올해 국내 태양광 시장이 4GW에 이를 것으로 전망해 내년에도 성장세가 지속될 것으로 보고 있다.
이에 윌링스도 수상태양광 및 대용량 제품군을 통해 500MW급 이상의 연간 생산과 1500V 태양광 인버터의 시장의 1위를 목표로 하고 있다.
오 연구소장은 “대용량의 태양광 인버터를 개발하고 실증하는데 있어 정부의 인·허가와 사용 전 검사 등으로 지체되는 애로사항이 있다”며 “전기설비의 안전 확보도 중요하지만 대용량 사업 분야의 기술개발을 위해 개발제품에 대한 제도적인 지원이 있었으면 한다”고 전했다.
