태양광 패널을 연결하는 방식에 따라 시스템에서 발생하는 전압과 전류가 결정되며, 인버터나 충전 컨트롤러가 이를 수용할 수 있는지도 달라집니다. 직렬 배선은 전류를 일정하게 유지하면서 전압을 높입니다. 병렬 배선은 전압을 일정하게 유지하면서 전류를 높입니다. 잘못 배선하면 시스템이 작동하지 않거나 정격 성능을 발휘하지 못합니다.
태양광 패널 직렬 및 병렬 배선의 전기 원리, 스트링 전압과 전류 계산 방법, 시스템에 맞는 구성을 선택하는 방법을 설명합니다.
기초: 태양광 패널의 전압과 전류
모든 태양광 패널에는 두 가지 주요 전기 정격이 있습니다.
- Voc(개방 회로 전압): 전류가 흐르지 않을 때 패널 단자 사이에 걸리는 전압입니다. 패널이 생성하는 최대 전압입니다.
- Isc (단락 전류): 단자가 단락되었을 때 흐르는 전류로, 패널이 생성하는 최대 전류입니다.
- Vmp(최대 전력 전압): 패널이 최대 전력을 생성하는 전압입니다.
- Imp(최대 전력 전류): 태양광 패널이 최대 전력을 생산할 때의 전류
일반적인 400W 주택용 패널의 값은 다음과 같습니다. Voc = 49V, Isc = 10.5A, Vmp = 41V, Imp = 9.8A.
직렬 배선: 전압 더하기
태양광 패널을 직렬로 연결하면 한 패널의 양극 단자를 다음 패널의 음극 단자에 연결합니다. 그 결과:
- 전압을 더하세요: 전체 스트링 전압은 각 패널 전압의 합입니다.
- 전류는 변하지 않습니다: 스트링 전류는 패널 하나의 전류와 같습니다
예시: 10개 패널 × 패널당 49V Voc = 스트링 Voc 490V. 전류는 10.5A Isc로 유지됩니다.
직렬 배선을 사용하는 이유
인버터 호환성: 대부분의 스트링 인버터는 200~1,000V DC의 입력 전압을 필요로 합니다(유틸리티 규모 시스템은 최대 1,500V). 400W 패널 하나의 49V 전압은 이 범위보다 훨씬 낮습니다. 패널을 직렬로 연결하면 스트링 전압이 인버터 작동 범위까지 올라갑니다.
전류 및 케이블 손실 감소: 전압이 높으면 같은 전력(P = V × I)에 필요한 전류가 낮아집니다. 전류가 낮으면 케이블 단면적을 줄이고 저항 손실을 낮출 수 있습니다. 10-panel 전압 및 10A 전류의 490V 스트링에는 동일 패널을 49V 및 100A로 구성한 경우보다 훨씬 가는 케이블을 사용할 수 있습니다.
케이블 길이가 긴 경우: 직렬 스트링의 전류가 낮아 과도한 전압 강하 없이 케이블을 더 길게 사용할 수 있습니다.
직렬 배선의 한계
그늘 민감도: 직렬 스트링에서는 출력이 가장 약한 패널이 전체 스트링을 제한합니다. 한 패널이 정격 전류의 50%만 출력하면 스트링 전체 전류도 50%로 떨어집니다. 이는 직렬 배선의 가장 큰 단점입니다.
최대 전압 한계: 스트링 전압은 인버터의 최대 입력 전압이나 케이블/커넥터 정격 전압을 초과해서는 안 됩니다. 저온에서는 개방 회로 전압(Voc)이 상승하므로 예상 최저 온도에서 최대 스트링 전압을 계산하십시오.
전압 온도 계수: 온도가 낮아지면 태양광 패널 전압은 상승합니다. 추운 지역에서 최대 스트링 전압을 계산할 때 Voc 온도 계수(일반적으로 -0.3%~-0.4%/°C)를 반영해야 합니다.
병렬 배선: 전류 더하기
太陽光パネルを並列接続する場合、すべての正極端子と負極端子をそれぞれまとめて接続します。その結果：
- 전류 합산: 전체 전류 = 개별 패널 전류의 합
- 전압은 동일하게 유지됩니다: 어레이 전압 = 단일 패널 전압
예: 패널 10개 × 10.5A Isc = 총 Isc 105A. 전압은 49V Voc로 유지됩니다.
병렬 배선을 사용하는 이유
저전압 시스템: 12V, 24V 또는 48V 배터리 뱅크를 사용하는 독립형 시스템은 어레이 전압을 낮게 유지해야 합니다. 병렬 배선은 패널의 기본 전압을 유지하면서 전류를 높여 배터리 뱅크를 충전합니다.
그늘 내성: 병렬 구성에서는 그늘진 패널이 전체 전류를 해당 패널의 기여 비율만큼만 감소시킵니다. 다른 패널은 정격 전압과 전류로 계속 작동합니다.
충전 컨트롤러 호환성: 오프그리드 시스템의 MPPT 충전 컨트롤러는 일반적으로 계통 연계형 인버터보다 전압 한도(150V 또는 250V)가 낮습니다. 병렬 배선은 어레이 전압을 이 한도 안에 유지합니다.
병렬 배선의 한계
고전류: 병렬 배선에서는 큰 전류가 흐르므로 굵은 케이블과 더 높은 정격의 커넥터 및 퓨즈가 필요합니다.
컴바이너 박스 필요: 대규모 병렬 어레이는 역전류를 막도록 각 분기에 퓨즈나 회로 차단기를 갖춘 컴바이너 박스를 사용해야 합니다.
케이블 손실: 전류가 높을수록 케이블의 저항 손실도 커집니다. 병렬 어레이에서는 전압 강하를 최소화하도록 케이블 규격을 신중하게 산정해야 합니다.
직렬·병렬(하이브리드) 배선
실제 태양광 설치에서는 직렬과 병렬 배선을 조합하는 경우가 많습니다.
- 패널을 직렬로 연결해 스트링을 구성하고 인버터 작동 범위까지 전압을 높입니다.
- 전체 전력 출력을 높이기 위해 여러 스트링을 병렬로 연결
예: 20-panel 시스템은 10개 패널로 구성된 2개의 스트링으로 배선할 수 있으며, 두 스트링을 인버터 입력에서 병렬로 연결합니다. 각 스트링은 10A에서 490V을 출력하고, 병렬 조합은 20A에서 490V = 9.8 kW을 출력합니다.
계통 연계형 인버터용 스트링 크기 산정
계통 연계형 인버터용 스트링을 구성할 때 고려해야 할 주요 제약은 다음과 같습니다.
최대 입력 전압: 최저 온도에서 계산한 스트링 Voc가 인버터의 최대 입력 전압을 초과하면 안 됩니다. 온도 계수를 사용해 예상 최저 온도에서의 Voc를 계산하십시오.
MPPT 전압 범위: 최고 온도에서 스트링 Vmp가 인버터의 MPPT(최대 전력점 추적) 전압 범위 안에 있어야 합니다. 온도가 높으면 Vmp가 낮아집니다.
최대 입력 전류: 병렬 회로의 총 전류는 각 MPPT 입력에 대한 인버터의 최대 입력 전류를 초과하면 안 됩니다.
최소 스트링 전압: 최고 온도에서 스트링 Vmp가 인버터의 최소 MPPT 전압보다 높아야 인버터가 최대 전력점을 추적할 수 있습니다.
대부분의 인버터 제조업체는 이러한 계산을 자동화하는 스트링 크기 산정 계산기 또는 소프트웨어를 제공합니다.
직렬·병렬 배선용 MC4 커넥터
MC4 커넥터는 태양광 패널 스트링 배선의 표준입니다. 각 패널의 출력 리드에는 MC4 커넥터가 포함되어 있습니다. 한 패널의 수 MC4를 다음 패널의 암 MC4에 연결하여 직렬 배선을 구성합니다.
병렬 배선에서는 여러 스트링을 MC4 분기 커넥터(T형 또는 Y형)로 결합합니다. 2-to-1 분기 커넥터는 병렬 스트링 두 개를 인버터나 접속함으로 가는 단일 케이블 경로에 결합합니다.
직렬-병렬 배열에 적용할 주요 MC4 커넥터 고려사항:
- 전압 정격: MC4 커넥터가 최대 스트링 전압(1,000V 또는 1,500V DC)을 견디는지 확인
- 정격 전류: 분기 커넥터는 병렬로 합산되는 전류에 맞는 정격이어야 합니다
- 일관성: 밀봉과 접점이 제대로 유지되도록 전체에 동일 제조업체의 MC4 커넥터를 사용하세요.
CZT의 태양광 PV 커넥터 제품군에는 MC4 커넥터, MC4 분기 커넥터, 1,000V 및 1,500V DC 시스템용 정격을 갖춘 MC4 연장 케이블이 포함됩니다.
실용적인 배선 지침
스트링 길이를 확정하기 전에 온도 계수와 예상 최저 온도를 적용해 최대 스트링 전압을 계산하세요.
스트링 내 패널 사양 일치: 직렬로 연결하는 패널은 정격 전류(Isc)가 같아야 합니다. Isc가 다른 패널을 한 스트링에 섞으면 전류가 더 낮은 패널이 스트링 전체를 제한합니다.
적절한 케이블 단면적을 사용하세요: 태양광 케이블(PV1-F 또는 USE-2)은 실외 자외선 노출에 적합합니다. 허용 가능한 전압 강하(일반적으로 DC 구간에서 1% 미만)를 고려해 최대 전류에 맞는 케이블 크기를 선택하세요.
두 개가 넘는 스트링을 병렬로 연결할 때는 스트링 퓨즈 또는 회로 차단기를 설치하세요. 스트링 하나가 고장 났을 때 역전류가 흐르는 것을 방지합니다.
문제 해결을 쉽게 하려면 접속함이나 인버터에서 모든 스트링에 라벨을 붙이세요.
요약
| 구성 | 전압 | 전류 | 권장 용도 |
|---|---|---|---|
| 시리즈 | 추가 항목 | 동일 | 계통 연계형 인버터, 긴 케이블 구간 |
| 병렬 | 동일 | 추가 항목 | 독립형 배터리 시스템, 음영 허용도 |
| 직렬-병렬 | 제어됨 | 제어됨 | 대부분의 계통 연계 시스템 |
적절한 배선 구성은 인버터 또는 충전 컨트롤러의 입력 요건에 따라 달라집니다. 계통 연계 시스템에서는 인버터의 MPPT 전압 범위에 맞춘 직렬 스트링이 표준입니다. 독립형 배터리 시스템에서는 배터리 뱅크 전압에 맞춘 병렬 또는 직렬-병렬 구성이 일반적입니다.
설치 전에 스트링 전압 계산을 반드시 확인하고, 시스템의 최대 전압과 전류에 맞는 정격의 MC4 커넥터를 사용하십시오.
