태양광 인버터 및 배터리 에너지 저장 시스템 아키텍처 및 솔루션

에너지 전환을 촉진하고 탄소 중립을 달성하려는 현재의 물결 속에서 태양광 인버터와 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)은 중추적인 역할을 합니다. 태양광 인버터는 태양광 패널에서 생성된 직류(DC)를 가정, 산업 및 전력망에서 사용할 수 있는 교류(AC)로 변환하는 역할을 합니다. 동시에 에너지 저장 시스템은 잉여 전력을 효과적으로 저장하여 부하 조정, 피크 절감, 계곡 채우기 및 백업 전원 공급과 같은 기능을 가능하게 합니다. 이 기사에서는 태양광 인버터와 배터리 에너지 저장 시스템의 구조적 구성 및 Littelfuse가 제공하는 관련 솔루션에 대해 알아봅니다.

태양광 인버터와 배터리 에너지 저장 시스템은 오늘날 중요한 대체 에너지 솔루션으로 자리 잡았습니다. 구조적으로, 이들은 AC 결합 태양광 시스템과 DC 결합 태양광 시스템으로 나눌 수 있습니다. AC 결합 태양광 시스템은 배터리를 사용하는 양방향 인버터와 태양광 인버터로 구성된 이중 인버터를 사용하며, 특히 개조 프로젝트에 적합하고 그리드 연결 인버터를 유지하면서 더 큰 유연성과 더 쉬운 설치를 제공합니다. 그러나 배터리가 사용하는 에너지는 여러 번의 변환이 필요하고 다수의 중전압 변압기와 인버터 같은 다양한 구성 요소가 필요하기 때문에 효율이 낮습니다. 기존의 태양광(PV) 시스템의 경우, 비용 효율적인 솔루션으로 평가됩니다.

DC-결합 태양광 시스템은 단일 인버터를 사용하여 부하를 구동하며 기존 인버터를 교체해야 하고, 많은 경우 PV 배열 배선의 재구성이 필요해 개조 프로젝트에는 적합하지 않습니다. 그러나 전력이 여러 번 변환될 필요가 없고, 구성 요소가 적으며, BESS와 PV 시스템 간 짧은 케이블로 인해 손실이 줄어들어 효율성이 더 높습니다. 하지만 비용이 더 높고 기존 PV 시스템에 설치하는 것은 복잡합니다.

태양광 인버터 토폴로지는 마이크로인버터, 스트링 인버터, 멀티 스트링 인버터, 중앙 집중형 인버터로 나눌 수 있습니다. 마이크로인버터는 정격 출력이 최대 300 W로, 주로 주거용 건물에서 사용되며, 출력 전압은 230 VAC, 단상, 자가 소비 특성을 갖추고 있습니다. 스트링 인버터는 정격 출력이 1 kW에서 10 kW까지로, 주로 주거용으로 사용되지만 그리드 연결도 가능하며, 출력 전압은 230 VAC, 단상입니다. 전력 옵티마이저 또는 DC 옵티마이저(최대 전력점 추적(MPPT) 기능을 갖춘 DC-DC 컨버터)를 스트링 인버터와 결합하여 사용할 경우 태양광 시스템의 전체 효율성을 향상시킬 수 있습니다. MPPT 기능은 개별 PV 패널 수준에서 수행되어 모든 PV 패널이 최대 전력점에서 작동하도록 보장합니다.

멀티 스트링 인버터는 정격 출력이 30kW에서 200kW이며, 주로 상업, 산업 및 유틸리티 응용 분야에 사용되고 출력 전압은 400VAC, 3상으로 자체 소비 및 배전망 호환성을 특징으로 합니다. 중앙 인버터는 정격 출력이 수 메가와트까지 가능하며, 주로 중전압 시스템과 PV 발전소에서 사용되며 출력 전압은 400VAC에서 690VAC, 3상입니다.

Littelfuse는 퓨즈, 금속 산화물 배리스터(MOV), 서지 보호 장치(SPD), 접지 결함 릴레이와 같은 입력 보호 부품뿐만 아니라 DC-DC 컨버터용 MOSFET, 게이트 드라이버, 과도 전압 억제(TVS) 다이오드, 온도 센서와 같은 부품, 그리고 DC-AC 인버터용 IGBT 모듈, 게이트 드라이버, TVS 다이오드, 온도 표시기와 같은 구성품을 포함하여 태양광 인버터 및 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)을 위한 다양한 제품 라인을 제공합니다.

또한, 출력 보호를 위한 퓨즈, MOV, 서지 보호기, AC 누전 계전기와 같은 구성 요소; MOSFET, 게이트 드라이버, TVS 다이오드와 같은 보조 전원 공급 장치를 위한 구성 요소; 퓨즈, TVS 다이오드, TVS 다이오드 배열, 아크 플래시 계전기, SPD, 접지 누전 계전기와 같은 BESS를 위한 구성 요소; TVS 다이오드 배열과 다층 배리스터(MLV)와 같은 통신 인터페이스를 위한 구성 요소가 있으며, 제품의 종류는 매우 다양합니다.

인버터 유형별로 분류할 경우, Littelfuse의 마이크로인버터용 잠재 제품에는 MOSFET(Trench Gate Gen2, Ultra-junction X2) 또는 IGBT(600-650 V Trench), TVS 다이오드(SMCJ, SMDJ, SMBJ), 음의 온도 계수(NTC) 서미스터(RA, RB, KR), 실리콘 카바이드(SiC) 쇼트키 다이오드(650V 다이오드), MOV(TMOV, UltraMOV, LA), 퓨즈(215), 게이트 드라이버(IXD_6xxSI), TVS 다이오드 어레이(SP3130, SP712, SP2555NUTG), 또는 MLV(MLA, MHS) 등이 포함될 수 있습니다.

Littelfuse의 전력 최적화기용 잠재 제품에는 MOSFETs(Trench Gate Gen2), TVS 다이오드(SMCJ, SMDJ, 1.5SMC, SMBJ), NTC 서미스터(RA, RB, KR), 게이트 드라이버(IXD_6xxSI), TVS 다이오드 배열(SP3130, SP712, SP2555NUTG, SM712), 또는 MLVs(MLA, MHS)가 포함됩니다.

Littelfuse의 스트링 인버터용 잠재 제품에는 MOV(UltraMOV, LA, SM20, TMOV), MOSFET(Trench Gate Gen2, Ultra-junction X2), TVS 다이오드(SMCJ, SMDJ, SMBJ), SiC 쇼트키 다이오드(650V 다이오드), NTC 서미스터(RA, RB, KR), IGBT(600-650 V Trench), 퓨즈(Class J, Class RK5, KLKD), 게이트 드라이버(IXD_6xxSI, IX4351NE), TVS 다이오드 어레이(SP3130, SP712, SM712, SP2555NUTG), MLV(MLA, MHS) 등이 포함됩니다.

Littelfuse의 멀티 스트링 인버터를 위한 잠재적 제품에는 퓨즈(SPF, SPFI, SPXV, SPXI, Class T, Class J), SPD(SPD2 PV, SPD type 2), SiC MOSFET(LSIC1MO120E0120, LSIC1MO170E1000), MOSFET(고전압 시리즈), SiC 다이오드(1200 V 다이오드), IGBT 모듈(MIXA, MIXG), 고속 퓨즈(L75QS), TVS 다이오드(SMBJ, SMF), MOV(UltraMOV, LA, SM7), 게이트 드라이버(IX4351NE), TVS 다이오드 배열(SP3130, SP712, SM712, SP2555NUTG), MLV(MLA, MHS)가 포함됩니다.

Littelfuse의 중앙 인버터용 잠재 제품에는 인라인 퓨즈(SPXI, SPFI), 퓨즈(SPXV, SPNH, LFPXV, SPF, Class J, Class RK5, Class L), SPD(SPD2 PV, SPD type 2), DC 단로 스위치(LS7xx, LS6xx), SiC MOSFET(LSIC1MO120E0120, LSIC1MO170E1000), MOSFET(고전압 시리즈), SiC 다이오드(1200 V 다이오드), IGBT 모듈(MIXA, MIXG), 고속 퓨즈(PSR, PSX), TVS 다이오드(SMBJ, SMF), AC 접지 결함 릴레이(EL-731), DC 접지 결함 릴레이(EL-731, SE-601), 게이트 드라이버(IX4351NE), TVS 다이오드 배열(SP3130, SP712, SM712, SP2555NUTG), MLV(MLA, MHS)가 포함됩니다.

Littelfuse의 BESS용 잠재 제품에는 퓨즈(501A, 881, TLS, JLLN, CNN, 885, Class J, Class RK5, Class L), TVS 다이오드(TPSMC, SZ1SMC, SZ1.5SMC, TPSMB, SZ1SMB, SZP6SMB, TPSMA6L, SZ1SMA, TPSMB), 온도 센서(USP16673, RB), SMD 또는 인라인 퓨즈(438A, 441A, 521, 483A), TVS 다이오드 배열(AQ05C, AQ24CAN), 고속 퓨즈(PSR, PSX, ESR), MOSFET(X3 Class), 게이트 드라이버(IXD_6xxSI), 고전압 DC 접촉기 릴레이(DCNxx), 아크 플래시 릴레이(AF0100), DC 차단 스위치(LS7xx, LS6xx), SPD(DC 링크/AC 링크)(SPD type 2), 접지 결함 릴레이(SE-601), IGBT 모듈(MIXA, MIXG)이 포함됩니다.

태양광 인버터 및 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)은 IEC 61683 - 전력 변환기 - 효율 측정 절차를 포함한 여러 안전 표준의 적용을 받습니다. 이 표준은 독립형 및 유틸리티 상호작용 PV 시스템에서 사용되는 전력 변환기의 효율을 측정하는 지침을 설명합니다. IEC 62109-1 - 태양광 발전 시스템에 사용되는 전력 변환기의 안전성 - 1부: 일반 요구사항. IEC 62109의 이 부분은 균일한 안전 수준이 요구되는 PV 시스템에 사용되는 전력 변환 장치(PCE)에 적용됩니다. 이 표준은 화재, 에너지, 감전, 기계적 위험 및 기타 위험으로부터 보호하기 위해 PCE 설계 및 제조에 대한 최소 요구 사항을 규정합니다. IEC 62109-2 - 태양광 발전 시스템에 사용되는 전력 변환기의 안전성 - 2부: 인버터의 특정 요구사항. IEC 62109의 2부는 PV 발전 시스템에서 사용되는 DC-AC 인버터 제품에 대한 특정 안전 요구사항을 다룹니다. 이 세 가지 표준은 전 세계적으로 적용됩니다.

UL 1741 - 분산 에너지 자원과 함께 사용하는 인버터, 컨버터, 컨트롤러 및 상호연결 시스템 장비. 이 요구 사항은 독립형 또는 그리드 연결 전력 시스템용 인버터, 컨버터, 충전 컨트롤러 및 상호연결 시스템 장비(ISE)를 다룹니다. UL 9540A - 배터리 에너지 저장 시스템에서의 열 폭주 화재 전이를 평가하기 위한 테스트 방법 표준. 이 문서는 열 폭주를 겪는 배터리 에너지 저장 시스템의 화재 특성을 평가합니다. 이 두 표준은 북미 지역에 적용됩니다.

EN 50524 - PV 인버터의 데이터 시트 및 명판. 이 문서는 안전하고 최적의 PV 인버터 시스템을 구성하기 위한 필수 정보를 제공하는 것을 목표로 합니다. EN 50530 - PV 인버터의 총 효율. 이 표준은 그리드 연결 PV 시스템에서 사용되는 인버터의 최대 전력 점 추적(MPPT) 정확도를 측정하기 위한 절차를 제공합니다. 이 두 표준은 유럽에 적용됩니다.

PSR 고속 사각형 반도체 퓨즈는 BESS 용량을 증가시킬 수 있어, 유틸리티 운영 비용을 절감하고 배터리 에너지 저장 시스템에 대한 의존도를 높여 피크 전력 수요를 충족시킬 수 있습니다. 이를 달성하기 위해 인티그레이터는 BESS에 더 많은 배터리 뱅크를 추가하거나 흐름 배터리 솔루션에서 고용량 리튬 이온 배터리로 전환할 수 있습니다.

그러나 새로운 BESS에서 더 높은 전력 밀도는 더 큰 고장 전류를 초래할 수 있습니다. 높은 전력 수준에서는 고장이 치명적인 손상 또는 개인 부상을 초래할 수 있습니다. BESS는 더 높은 수준의 회로 보호를 요구하며, 이는 설계상의 과제를 제기합니다. 현재 BESS에서 사용되는 것보다 더 높은 단락 전류 차단 정격을 가진 퓨즈를 찾을 수 있다면, BESS에 더 많은 배터리 뱅크를 추가할 수 있습니다. 또한, BESS 전력 변환기에 사용되는 민감한 전자 부품을 보호하기 위해 퓨즈는 빠른 차단 능력을 가져야 합니다.

Littelfuse PSR 시리즈 고속 사각형 반도체 퓨즈는 최고 수준의 단락 전류 정격을 제공합니다: 150 kA DC 및 200 kA AC 차단 정격. 더 높은 정격은 또한 결합 상자 수를 줄여 비용과 설계 복잡성을 낮출 수 있습니다. PSR 시리즈 퓨즈는 더 빠르게 작동하며 더 높은 단락 전류 차단 정격을 갖고 있습니다. PSR 시리즈 퓨즈의 다른 장점으로는 유연한 폼 팩터와 설치 옵션이 있습니다. PSR 퓨즈 시리즈는 일반적으로 사용되는 블록 타입 폼 팩터 퓨즈를 직접 대체할 수 있어 주요 설계 변경 비용을 피할 수 있습니다. 내장된 PSR 퓨즈를 병렬 버스바 장착 구성에 맞게 조정하기 위해 Littelfuse의 L 브래킷 디자인을 사용할 수 있습니다.

Littelfuse PSR 시리즈 퓨즈를 사용하면 컨테이너당 결합기 수를 하나 줄이고 두 개의 추가 배터리 유닛을 추가할 수 있습니다. 이를 통해 현재 BESS 컨테이너 용량이 7% 증가하여 유틸리티가 최대 전력 수요 기간 동안 배터리 에너지 저장 시스템에 더 오래 의존할 수 있으며 운영 비용을 절감할 수 있습니다.

태양광 인버터와 배터리 에너지 저장 시스템의 통합은 에너지 활용 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 분산 에너지 관리, 그리드 안정성 및 에너지 자율성을 위한 새로운 기회를 제공합니다. 전력 전자, 배터리 관리 시스템(BMS), 통신 프로토콜, 인공지능의 지속적인 발전과 함께, 미래의 솔루션은 더 높은 효율, 더 큰 지능, 및 모듈화를 향해 나아갈 것입니다. 이 글에서 소개된 Littelfuse의 태양광 인버터 및 BESS 솔루션은 고객이 고신뢰성, 고성능 및 비용 효율적인 통합 태양광 및 저장 시스템을 구축하는 데 도움을 주며, 녹색 에너지의 지속 가능성 비전에 기여할 수 있습니다.