신재생에너지 관련 핵심기술 분야인 대용량 태양광발전시스템의 국산화 시대가 열리고 있다. 한국전기연구원(원장 박동욱 www.keri.re.kr) 신재생에너지연구그룹 유동욱 박사팀은 지식경제부의 국가전략기획사업인 “MW급 분산·집중 배치형 태양광발전시스템 실용화 기술개발” 1단계 개발사업(연구기간 : 2004. 9 ~ 2007. 12, 총 40개월)을 통해 (주)맥스컴과 공동으로 250kW급 전력변환시스템(PCS: Power Conversion System)을 순수 국내기술로 개발하는데 성공했다고 밝혔다. 유 박사팀이 현재 선진국에서 전량 수입·설치되고 있는 태양광발전용 핵심기술의 국산화에 성공함으로써 태양광발전소 건설 붐으로 인한 혜택을 외국기업이 독차지하다시피 하던 상황을 타개하는 한편, 막대한 수입대체 효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다. 이번에 개발된 250 kW급 태양광발전용 전력변환시스템은 최고효율이 97%에 달한다. 특히 태양광 에너지가 전기에너지로 변환될 때 빛조사량, 계절, 주변 온도, 지역 등에 따라 하루에도 그 출력의 변화가 다양하기 때문에 전력변환시스템의 효율이 매우 중요하다는 점을 고려할 때, 이번에 개발된 시스템은 전부하영역(부하 5% ~ 100%)에서의 고효율 척도를 나타내는 유러피언 효율이 95.4%나 되어 세계최고 기술(동급 세계 최고 제품의 유러피언 효율: 95.1%)의 수준과 동등한 기술력을 확보했다는 점에서도 큰 의미가 있다. (*용어설명 참조) 현재 전 세계적으로 고유가, 환경문제(지구온난화 → CO2 저감대책) 등의 이유로 신재생에너지에 대한 관심이 폭증하고 있는 상황이다. 특히 여러 신재생에너지원 중에도 발전차액지원금(그린에너지 확대와 산업육성을 위해 태양광 발전소에서 생성된 전력을 정부가 전액 사주는 제도)이 제일 높은 태양광 발전에 대한 세계 각국의 관심이 날로 증대되면서 설치량도 기하급수적으로 증대되고 있다. 2006년도 EPIA Report에 따르면 전 세계 태양광발전용량은 2006년 1.47GW(기가와트), 2011년 6.9GW에 달할 것으로 추정된다. 국제적으로 태양광 발전이 급격히 팽창하는 국가로 평가되는 우리나라도 보조금 정책이 시행되고 있어 세계적 시류(時流)에 따라 대용량 태양광 발전소 건설이 붐을 일으키고 있는 실정이다. 이에 따라 태양광 발전 시스템에 핵심 기술 분야, 즉 태양전지의 직류전력을 현재의 계통에서 사용할 수 있도록 계통전력(60Hz 상용주파수 교류전력)으로 변환해주는 전력변환시스템의 생산량도 급증하고 있다. 그러나 이런 대용량 발전 시스템에 국내에서 개발된 태양광 발전용 전력변환 장치의 적용은 아주 미미한 형편이었다. 특히 250kW 이상의 전력변환 장치의 적용은 전무하다고 할 수 있다. 따라서 국내의 강력한 지원금 정책의 최대 수해자는 외국기업이 되고 있는 상황이었다. 유동욱 박사는 “정부의 지원정책 하에 관련 시장이 급격히 성장하고 있지만, 대용량 시스템의 경우 개발 시기와 시장의 성장속도가 일치하지 않아 국내제품은 거의 보급되지 못하고 있는 실정”이라고 설명하고 “이번 개발로 신재생에너지 관련 핵심기술 분야 국산화를 앞당겨 해외기업이 장악하고 있는 대용량급 태양광발전 시장을 개척하는 데 큰 힘이 될 것”이라고 강조했다. 이번에 개발된 전력변환시스템은 참여기업인 (주)맥스컴, 국제산업전자(주)를 통해 6월부터 양산될 예정이며, 이를 통해 연간 300억원의 수입대체 효과가 기대된다. 특히 올해부터 국내 최초로 기술선진국인 유럽에 수출을 하기 위하여 상담중에 있다. 유동욱 박사팀은 이번 시스템 개발과 관련하여 2007년 대구에서 개최한 ICPE `07(International Conference on Power Electronics, Oct. 22-26, 2007, KIPE[대한민국 전력전자학회]·IEEE PELS[미국 전력전자학회]·EPE[유럽 전력전자학회] 공동개최) 국제학술대회에서 최우수논문상(Best Paper Awards)을 수상한 것을 비롯해 다수의 국제학술대회에 논문을 발표했으며, 현재 국내특허 등록 3건, 출원 3건 및 1건의 국제특허를 출원·공개 중이다. 한국전기연구원은 이번에 개발한 250kW 태양광 전력변환시스템 시연회를 27일 오후 3시부터 한국전기연구원 창원본원(제6연구동 대회의실)에서 진행할 예정이다. 한편, 한국전기연구원에서는 2007년 1월부터 3년간 약 40억원의 정부 지원을 받아 국내 및 국제 공인인증 성능시험 기관을 위한 설비(태양광발전 250kW급 전력변환시스템)를 갖추고 있고, 관련 기술기준안 및 운영을 위하여 “중대형 인버터 기술기준 제정 및 성능검사 운영시스템 구축”(지식경제부 산하 에너지관리공단 신재생에너지센터 지원, 2007. 6. 29 ~ 2008. 6. 28)중에 있다. [용어설명] 1. 전력변환시스템: PCS(Power Conversion System) 일반적으로 직류전원을 일정주파수를 갖는 교류전원로(인버터) 또는 일정주파수를 갖는 교류전원을 직류전원로(컨버터) 변환해주는 방식을 통틀어 일컫는 시스템. 태양광에너지(빛에너지)를 받아 전기에너지로 만드는데 사용되는 부품은 태양광 Cell(또는 Module)이며, 이곳에서 나오는 전기는 직류로서 이를 일정 주파수(상용주파수, 60Hz)를 갖는 교류전기로 변환하여야 우리 가정에서 사용할 수 있다. #태양광에너지(빛 에너지)→태양광 Cell(전기에너지, 직류)→전력변환기(직류→60Hz 교류 변환)→상용 교류전원(일반가정, 공장 등) 2. kW(103 Watt, 천 와트), MW(106 Watt, 백만 와트), GW(109 Watt, 십억 와트) : 전력(유효전력)의 용량을 일컫는 단위 3. 최고효율(Maximum Efficiency) : 전력변환(직류→교류, 교류→직류)을 행하였을 때 최고의 변환효율을 나타내는 단위. 일반적으로 부하 70%에서 최고의 변환효율을 갖음. 4. 유러피언 효율(European Efficiency) : 일반적으로 태양광(햇빛)에너지를 전기에너지로 변환되는 량은 조건( 빛 조사량(기후: 맑음, 흐림), 조사량(계절:봄 ~ 겨울), 주변온도, 지역)에 따라 하루에도 다양하게 변한다. 즉, 하루에도 저출력↔고출력으로 다양하게 변화한다. 따라서 이를 변환시키는 변환기의 효율 또한 매우 중요하다. 일반적으로 전력변환기는 저출력에서는 효율이 매우 나쁘다.(60-70% 정도) 유러피언 효율은 이러한 변환기의 고효율 성능척도를 나타내는 단위로서 출력에 따른 변환효율 비중을 둬서 측정하는 단위. (예, 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 두어 곱한 값을 합산하여 다시 평균치를 계산한 값.) 현재 세계최고제품인 독일 SMA社의 동급용량의 유러피언 효율은 95.1% 이다. 4. EPIA(European Photovoltaic Industry Association) : 유러피언 태양광산업협회 한국전기연구원 소개 1977년 전기기기시험연구소라는 이름으로 처음 설립된 한국전기연구원(KERI)은 경남 창원에 본원을, 경기도 의왕과 안산에 분원을 두고 있는 전기전문 출연연구기관이다. 4년 연속 기관평가 `우수 출연연구기관`, 2년 연속 혁신평가 최우수기관으로 선정되는 등 과학기술 분야 대표 출연연구기관으로 자리매김하고 있다. 전력통신시스템, 발전소계측제어시스템, 초고압 차단기 및 개폐기, 전력변환장치, 고효율 고속전동기, 고온초전도 기기 및 케이블, 리튬2차전지, 전력용 반도체, 의료영상진단기기 등 전통적인 전기기술을 포함한 기초원천 기술에서 부터 반도체 및 영상의료기술에 이르는 첨단융합기술까지 다양한 연구개발 성과를 통해 국가 경제발전과 국민의 삶의 질 향상에 기여해오고 있다. 또한 전력기기에 대한 성능평가를 수행하는 시험인증 분야에서는 세계 3대 공인 전력기기 시험인증 기관으로서 국내 전력기기들의 수출 경쟁력 향상에 기여하고 있다. 언론문의처 : 한국전기연구원 홍보실 류동수 팀장 (055)280-1078 E-mail : bagdad73@keri.re.kr 출처 : 한국전기연구원 홈페이지 : http://www.keri.re.kr