월간전기



[해외] 태양광 발전소용 고압 케이블의 규격화와 기술

2013-01-23

일본은 지난해 '재생 가능 에너지 고정 가격 매입 제도'를 시작했으며 태양광발전 규모도 수십 ㎿ 정도로 대규모화로 변화되고 있어 이에 따른 제반 시설의 규격이 제 · 개정되고 있다. 특히 외부 악천후에 견뎌야 하는 케이블의 경우 고압 직류 정격 전압 1000V 등의 설비 준비, 열화 요인을 고려한 고전압 PV용 케이블의 새로운 규격이 정해졌다. 정리 유미희 기자 지금까지 태양광발전(PV)에 관해 가정용이 주류를 이뤘지만 지난해 7월부터 재생가능 에너지로 발전한 전기를 일정 기간과 가격에 전력 회사에서 매입을 의무적으로 하는 '재생 가능 에너지 고정 가격 매입 제도'가 시작됐다. 재생 가능 에너지 고정 가격 매입 제도에서 지원하는 재생에너지는 태양광, 풍력, 지열, 소수력, 바이오매스 등이 있다. 일본 전력회사는 지구 온난화 등의 환경 문제를 경영의 중요 과제로 간주해 이산화탄소(CO2) 절감대책의 일환으로 메가솔라를 건설해 영업을 하고 있다. 출력 1000㎾ 이상의 대규모 태양광발전소인 메가솔라로 생산된 전기는 42엔/㎾h의 가격으로 20년간 전량을 전력회사에서 매입하게 된다. 태양광발전소에 사용되는 PV용 케이블은 지금까지 옥외에 설치돼 비나 바람에 그대로 노출됐다. 600V CV(XLPE 절연 비닐 외장) 케이블이나 HCV(내열 시스템) 케이블을 사용해 왔으나 요구되는 내용년수나 사용 환경을 충분히 고려한 PV용 케이블의 규격화가 요구돼 새로운 기술을 개발했다. 내용耐用년수: 기계 장치가 생산을 하여 그 수명이 끝날 때까지의 연수를 말한다. 화학장치에서는 이 기간 내에 예정된 생산을 행하는 것에 따라 당초의 설비비를 상각하고 이익을 올려야 한다. 내용년수는 장치 설계 및 계획 당초에 결정되지만 이에 따른 구성 재료의 선택, 유지관리, 장치의 경제성 전반에 영향을 받는다. PV용 케이블의 새로운 규격화 옥외에 사용하는 PV 케이블의 열화 요인으로써 빛(자외선), 열 · 온도, 물, 산성비, 오존, 전기 특성, 접촉 등을 들 수 있다(<그림 1> 참조). <표 1>에 나타냈듯이 일본전선공업사의 기술 자료 제107호 ≪전선 · 케이블의 내용년수에 대해≫에 따르면, 옥외사용의 저압 케이블(CV · VV)의 표준 내용년수는 15~20년이다. 그런데 PV 발전 모듈 등의 장치는 자외선, 태양열, 산성비를 포함해 빗물 등에 노출되는 혹독한 환경에 있으면서도 기대 수명은 25년이다. 여기에 맞춰 동일한 환경에 노출되는 PV용 케이블도 같은 내용년수가 요구되고, 발전 규모도 수십 ㎿ 정도로 서서히 대규모로 발전하고 있어 고압 직류 정격 전압 1000V 등의 설비 준비, 열화 요인을 고려한 고전압 PV용 케이블의 새로운 규격화가 절실해졌다. * 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다. 전기설비 기술 기준 해석의 개정 태양광발전 시스템의 코스트를 저감하기 위해 태양전지 모듈이나 주변 기기 등을 표준화하는 동시에 안전하고 간단한 시공을 위한 규격을 제정할 필요가 있다. 또한 소비자에게 안심 · 안전을 제공, 태양광발전 시스템의 신뢰를 확보하는 것도 매우 중요한 시점이다. 이러한 추세와 사회적 요구에 따라 일본전선공업사에서는 PV용 케이블의 규격화를 유럽 규격 AK411.2.3을 기본으로 정해 2010년 JCS4517(일본전선공업사 규격) '태양광발전 시스템용 할로겐 프리 케이블'을 제정했다. 이를 기본으로 한 전기해석 제46조 '태양전지 모듈 등의 시설'의 개정이 지난해 6월 행해져 JCS4517에 규정하는 직류 정격 전압 1500V PV용 케이블의 요구 성능이 대폭 개정됐다. 태양전지 발전 설비용 직류 1500V 케이블(이하 DC 1500V PV 케이블)은 전기설비 기술 기준의 해석 제46조 제1항에 새롭게 규정한 직류 정격 1500V의 전선이다. DC 1500V PV 케이블은 발전설비 능력이 50㎾ 이상 태양전지 발전소(메가솔라 등)의 직류 750V를 넘는 부분에 시설 할 수 있다. 또한 전기설비의 기술 기준에서는 고압 케이블을 저압 전기회로에도 시설 할 수 있기에 저압 소출력 발전 설비에도 시설 가능하다. 아울러 이를 설비하기 위해선 제46조 '태양전지 발전소의 전선 등에 시설되는 고압 직류 전기회로의 전선은 고압 케이블만 사용하도록 규정. 또한 취급자 이외의 일반인이 출입할 수 없는 장소에 설치돼야 한다'라는 규정에 의거해 설치해야 한다. PV용 케이블 기준이 마련돼 있는 일본전선공업규정, JCS4517 ' 태양광발전시스템용 할로겐 프리케이블'요구 특성을 <표 2>에 나타냈다. 일본전선공업사(JCS) 규격의 내용 지금까지 태양광발전 시스템 용도의 케이블에 대해 JISC3605(600V 폴리에틸렌 케이블) 규정의 전력 케이블이 사용됐지만 고압 직류 등 더욱 높은 케이블성능이 요구됨에 따라 JCS4517 '태양광발전시스템용 할로겐 프리 케이블'을 제정했다. 그 케이블 구조를 <그림 2>에서 볼 수 있다. 이 규격은 EN규격으로 향후 세계 표준을 위해 Top Runner(선두주자)* 방식을 도입해 독일 규격의 특성을 빌려 제정했다. 이에 대한 요구 성능의 특성은 <표 3>에 나타냈다. 기술 · 신규성으로써 사용 환경 온도는 - 40~90℃로 고온 고습 시험, 열 사이클 시험, 저온인장 · 벤딩 시험 등 상당히 어려운 요구가 있다. 또한 이러한 요구에 맞는 시험으로 절연체 · 시스Sheath를 논할로겐을 재료로 한 것, 내후성 · 내오존성을 규정하고 있는 것, 관입성 · 신전성伸展性시험을 신규 규정에 추가했다. * Top Runner(선두주자): 모든 나라에 보편적으로 적용될 수 있는 '기업의 사회적 책임'에 대한 기준. * 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다. * 가정용 PV 태양설비는 수㎾ 정도의 소규모로 전압은 600V 이상이면 충분하지만 향후 메가솔라의 이익을 위해 대규모화로 진행할 경우 발전 전력도 커짐에 따라 에너지 효율화와 시공의 간편화의 관점으로 전압을 한층 더 높게 해주는 설비가 증가할 것이다. 지금까지 직류 750V가 넘는 설비에도 고압 케이블(금속제 전기적 차폐층을 설치한 전력 케이블)을 사용할 필요가 있었다. 향후에는 이 규격보다 굵은 사이즈 38SQ를 초과하는 것에 대해 IEC규격과의 정합을 도모하면서 규정을 추가해 나갈 예정이지만 성능 요구 사양에 대한 코스트 저감도 큰 과제다. 최근 전 세계 태양광 업계는 중국산 저가 제품 공세로 공급 과잉 사태를 겪으면서 극심한 부진에 빠져들고 있다. 유럽 재정 위기 등으로 유럽의 태양광시장도 침체에 빠지면서 국내 업체들이 관심을 가질 만한 시장은 일본뿐이라는 의식이 팽배해졌다. 일본 태양광 사업에서 지차체의 주된 역할은 토지를 제공하거나 사업의 주체로써 운영을 담당하는 것이다. 태양광 패널 공급 시장에 기대를 거는 우리나라 업체에 이러한 지자체들과의 네트워킹 및 잠재 프로젝트 발굴은 시급한 과제다. 우리 기업들은 지자체 및 일본 주요 기업들의 움직임을 모니터링 하면서 향후 발주 가능한 프로젝트에 대한 정보를 조금이라도 먼저 입수하려는 노력을 기울일 필요가 있다. * 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다. < Energy News >