태양광기사 필기 #13 (시공절차, 전자기초, 사용전검사)

목차
2장 태양광발전 구조물 시공
1 태양광발전 구조물 시공
1.1 태양광발전용 구조물 설치
  (1) 태양광발전시스템 설치
    3) 시공절차 
    4) 태양광발전시스템의 시공절차 흐름
  (2) 태양광발전시스템 시공시 필요한 장비 목록
    1) 시공시 필요한 공구 및 소형 장비
  (3) 태양광발전시스템 시공안전대책
    2) 작업중 감전방지대책
3장 태양광발전 전기시설 공사
1 태양광발전 어레이 시공
1.3 사용자재 규격 및 적합성
  (1) 태양광발전 모듈
    2) 모듈 설치용량
    3) 설치상태
  (2) 태양광 발전용 인버터
    1) 제품
    2) 설치용량
  (3) 지지대, 부속자재 등
    2) 지지대, 연결부, 기초(용접부위 포함)
3 전자 기초
3.2 전자 기초 이론
  (1) 고체 내의 전자 운동
    1) 금속내의 전자와 전류
    2) 에너지대 이론에서 본 도체, 반도체, 절연체
    3) 반도체 내의 전자의 성질
    4) 반도체의 전기 전도
    5) 열전효과
  (2) 전자 회로 소자
    1) 다이오드
4장 태양광발전장치 준공검사
1 태양광발전 사용전검사
1.7 사용전검사 준비
  (1) 사용전검사 일반
    2) 사용전검사를 받는 시기
    3)검사대상의 범위

2장 태양광발전 구조물 시공

1 태양광발전 구조물 시공

1.1 태양광발전용 구조물 설치

(1) 태양광발전시스템 설치

  3) 시공절차

① 지반공사 및 구조물시공 → ② 반입자재 검수 → ③ 태양광기기 설치공사 → ④ 전기배선공사 → ⑤ 점검 및 검사

 

구  분	시공절차 내용
토목공사	- 지반공사 및 구조물공사 - 접지공사 및 배관공사
반입자재 검수	- 책임감리 승인된 자재 반입 및 검수 - 필요시 공장검수 실시
기기설치공사	- 어레이설치공사 - 접속함 설치공사 - 파워컨디셔너(PCS) 설치공사 - 분전반설치공사
전기배선공사	- 태양전지 모듈간 배선공사 - 어레이와 접속함의 배선공사 - 접속함과 파워컨디셔너간 배선공사 - 파워컨디셔너와 분전반간 배선공사
공사완료 후 점검 및 검사	- 어레이검사 - 어레이의 출력확인 - 절연저항측정 - 접지저항측정

  4) 태양광발전시스템의 시공절차 흐름

현장여건분석  → 시스템설계 → 구성요소제작 → 기초공사 → 가대설치 → 모듈설치 → 간선공사 → 인버터설치 → 시운전 → 운전개시

 

(2) 태양광발전시스템 시공시 필요한 장비 목록

  1) 시공시 필요한 공구 및 소형 장비

   ① 시공시 필요한 공구 : 레벨기, 해머 드릴, 임펙트 렌치, 해머 뿌레카, 터미널 압착기, 앵글 천공기, 각종 수공구 등

   ② 시공시 필요한 소형장비 : 컴퓨레서(Compressor), 발전기, 사다리 외

  2) 시공시 필요한 대형장비 : 굴삭기, 크레인, 지게차

 

(3) 태양광발전시스템 시공안전대책

  2) 작업중 감전방지대책

   ① 감전사고 원인

태양전지 모듈 1장의 출력전압은 모듈종류에 따라 직류 25~35 [V] 정도이지만, 모듈을 필요한 개수만큼 직렬로 접속하면 말단전압은 250~450 [V] 또는 450~820 [V]까지의 고전압이 된다.

 

   ② 모듈 설치시 감전방지대책

     ⓐ 작업전 태양전지 모듈표면에 차광막을 씌워 태양광을 차폐한다.

     ⓑ 저압절연장갑을 착용한다.

     ⓒ 절연 처리된 공구를 사용한다.

     ⓓ 강우시에는 감전사고뿐만 아니라 미끄러집으로 인한 추락사고로 이어질 우려가 있으므로 작업을 금지한다.

     ⓔ 누전위험장소에는 누전차단기 설치한다.

 

3장 태양광발전 전기시설 공사

1 태양광발전 어레이 시공

1.3 사용자재 규격 및 적합성

(1) 태양광발전 모듈

  2) 모듈 설치용량

신재생에너지 설비의 지원 등에 관한 지침에 따른 설비의 경우 모듈의 설치용량은 사업계획서상의 모듈설계용량과 동일하여야 한다. 다만, 단위 모듈당 용량에 따라 설계용량과 동일하게 설치할 수 없는 경우에는 설계용량의 110 [%] 범위 내에서 설치할 수 있다.

 

  3) 설치상태

   ① 모듈의 일조면은 원칙적으로 정남향 방향으로 설치. 불가능할 경우, 정남향을 기준으로 동쪽 또는 서쪽 방향으로 45도 이내(RPS의 경우 60도 이내)로 설치. 다만, BIPV, 방음벽 태양광 등의 경우에는 정남향을 기준으로 동쪽 또는 서쪽 뱡향으로 90도 이내에 설치

   ② 모듈의 일조시간은 장애물로 인한 음영에도 불구하고 1일 5시간 [춘계(3~5월) · 추계(9~11월) 기준] 이상

   ③ 모듈 설치 열이 2열 이상일 경우 앞 열은 뒷 열에 음영이 지지 않도록 설치

 

(2) 태양광 발전용 인버터

  1) 제품

    ① KS 인증제품 설치

    ② 인버터의 용량이 250 [kW]를 초과하는 경우에는 시험성적서를 센터에 제출할 경우에는 사용할 수 있다.

 

  2) 설치용량

    ① 인버터의 설치용량은 사업계획서 상의 인버터 설계용량 이상

    ② 인버터에 연결된 모듈의 설치용량은 인버터 설치용량의 105 [%] 이내, 각 직렬군의 태양전지 개방전압은 인버터 입력전압 범위 안에 있어야 한다.

 

(3) 지지대, 부속자재 등

  2) 지지대, 연결부, 기초(용접부위 포함)

   ① 지지대는 다음 각 호의 재질로 제작. 지지대간 연결 및 모듈-지지대 연결은 가능한 볼트로 체결하되, 절단가공 및 용접부위(도금처리제품 한정)는 용융아연도금처리를 하거나 에폭시-아연페인트를 2회 이상 도포

     ⓐ 용융아연 또는 용융아연-알루미늄-마그네슘합금 도금된 형강(단, 수상형의 경우 별도 규정 준수)

     ⓑ 스테인리스 스틸(STS)

     ⓒ 알루미늄합금

     ⓓ 기타 인증을 받은 재질

   ② 지지대는 주위의 구조물과 조화될 수 있도록 적정 높이로 설치하고 건축물 또는 구조물 등에 고정. 앵커볼트 또는 케미컬 앵커볼트로 고정할 경우에는 볼트캡을 부착

 

3 전자 기초

3.2 전자 기초 이론

(1) 고체 내의 전자 운동

  1) 금속내의 전자와 전류

    ① 전위의 기울기가 크면 전자의 속도가 빨라진다. (전류가 커진다.)

    ② 평균 자유 행정(mean free path) : 전도 전자가 한 번 충돌한 다음, 다시 충돌할 때까지의 운동거리의 평균값. 전자가 이동하는 자유도를 나타내는 것. (금속 도체 -10^-4 [m] 정도)

    ③ 1초 동안에 도체의 단면을 통과하는 전자의 수 N = nAv [개]

        단, n : 도체 중의 전자밀도 [개/㎥], A : 도체의 단면적 [㎡], v ; 전자의 평균 이동속도 [m/s]

    ④ 전류 I = -enAv [A] (-e : 전자의 전하 [C])

    ⑤ 전류는 전자의 평균속도 v에 비례, 평균속도 v는 전위차, 즉 전압에 비례)

 

  2) 에너지대 이론에서 본 도체, 반도체, 절연체

   ① 에너지 준위에 따른 대역 구분

     ⓐ 허용대(allowable band) : 전자가 존재할 수 있는 에너지대

     ⓑ 금지대(forbidden band) : 전자가 존재할 수 없는 에너지대( = 에너지 갭)

     ⓒ 전도대(conduction band) : 전자가 자유로이 이용되는 허용대

     ⓓ 충만대(filled band) : 들어갈 수 있는 전자의 수가 전부 들어가서 전자가 이동할 여지가 없는 허용대

     ⓔ 궁핍대(exhaustion band, empty band) : 보통의 상태에서는 전자가 존재하지 않는 허용대

   ② 금속도체 : 충만대에 궁핍대가 접해있어 궁핍대에서는 충만대로부터 전도 전자가 옮겨져서 전도대를 형성하고 있기 때문에 전기 전도가 매우 높다.

   ③ 반도체 : 보통 때에는 궁핍대에는 전자가 없으며, 또 상위의 충만대와 궁핍대와의 사이에 금지대의 폭이 좁다. → 충만대의 일부 전자는 적은 에너지(1 [eV] 정도)에서도 비교적 용이하게 금지대를 넘어서 궁핍대에 올라갈 수 있다.

   ④ 절연체 : 전자의 움직임은 반도체와 같다고 보나, 충만대와 궁핍대 사이의 에너지 갭이 크므로 상당히 큰 에너지(6~7 [eV])를 가하지 않으면 충만대의 전자는 궁핍대에 올라갈 수 없다.

 

  3) 반도체 내의 전자의 성질

    ① 대표적인 반도체 재료 : 규소, 게르마늄

    ② 진성 반도체 : 규소 이외의 다른 물질의 혼입이 없고 안정된 상태에 있는 반도체

    ③ 정공 또는 홀 : 처음 중성인 상태로부터 전자를 잃어서 만들어진 구멍. 양의 전하

    ④ 반송자 : 전하의 운반체. 즉, 정공과 전도 전자

    ⑤ 전도대에 옮겨진 전자와 충만대에 있는 정공의 수가 같으므로 진성 반도체의 페르미 준위는 대략 금지대의 중앙에 위치

 

  4) 반도체의 전기 전도

    ① 반도체내의 전기 전도

      ⓐ 드리프트 전류 : 전기장에 의한 전류

      ⓑ 확산 전류 : 반송자의 밀도차에 따른 전류

    ② 전기장에 의한 전도 : 진성 반도체의 양단에 직류 전압을 가하면 정공은 음의 단자쪽으로 이동, 전자는 양의 단자쪽으로 각각 이동해 전기 전도가 이루어진다.

    ③ 밀도 기울기에 의한 확산 : 반송자의 밀도가 장소에 따라 달라질 때에는 밀도가 균일하게 되도록 반송자가 확산 이동된다.

    ④ 저항률의 온도측정

      ⓐ 금속은 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가(저항의 온도계수는 양이 된다.)

      ⓑ 반도체는 온도가 상승함에 따라 저항값이 감소(저항의 온도계수는 음이 된다.)

 

   5) 열전효과

     ① 제벡 효과 : 서로 다른 두 종류의 금속을 접촉하여 두 접점의 온도를 다르게 하면 온도차에 의해서 열기전력이 발생하고 미소한 전류가 흐르는 현상

     ② 펠티에 효과 : 두 종류의 금속을 접촉하여 전류를 흘리면 그 접점의 접합부에서 열의 발생 및 흡수 현상이 생기는 현상. 전자 냉동기에 응용

 

(2) 전자 회로 소자

  1) 다이오드

"+"의 전기를 많이 가지고 있는 P형 물질과 "-"의 전기를 많이 가지고 있는 N형 물질을 접합하여 만든 것으로서, 한쪽 방향으로는 쉽게 전자를 통과시키지만 다른 방향으로는 통과시키지 않는 특성을 가지고 있다.

    ① PN 접합과 정류작용

      ⓐ 전압을 가하지 않을 때 : PN 접합면에 정공이나 전자의 이동을 방해하는 전기장이 생김

      ⓑ 순방향 전압을 가했을 때 (N형에 -, P형에 +의 전압을 가했을 때)

        - N형 반도체내의 전자는 전원의 -에 의해서 반발 당하고 전원의 +측에서는 끌어당기므로 전자는 N형에서 P형 쪽으로 이동

        - P형 반도체내의 정공은 전원의 +에 의해서 반발 당하고 전원의 -측에서는 끌어당기므로 정공은 P형에서 N형 쪽으로 이동

        - 이와 같이, 순방향 전압에 의해 내부에 형성된 전기장을 약하게 함으로써 정공이나 전자는 이동하기 쉬워져 P형에서N형 쪽으로 전류가 흐른다.

 

    ② 역방향 전압을 가했을 때 (N형에 +, P형에 - 전압을 가했을 때)

        - 정공은 + 성질을 띠고 있으므로 전원의 -측에 끌려가고 전자는 - 성질을 띠고 있으므로 전원의 +측에 끌려간다.

        - 이와 같이, 역방향 전압에 의해 형성되어 있는 전기장을 더욱 강하게 함으로써 정공이나 전자의 이동이 없으므로 전류는 거의 흐르지 않는다.

    

    ③ 정류 작용 : 한방향으로만 전류를 흐르게 함

 

4장 태양광발전장치 준공검사

1 태양광발전 사용전검사

1.7 사용전검사 준비

(1) 사용전검사 일반

  2) 사용전검사를 받는 시기

    ① 공사계획에 따른 설비의 일부가 완성되어 그 완성된 설비만을 사용하려고 할 때

    ② 전체 공사가 완료된 때

  

  3) 검사대상의 범위

구  분	검사종류	용  량	선  임
일반용	사용전점검	10[kW] 이하	미선임
자가용	사용전검사 (저압설비 공사계획 미신고)	10[kW] 초과	대행업체 대행가능 (1000 [kW] 미만)
사업용	사용전검사 (시 도에 공사계획 신고)	전용량 대상	대행업체 대행가능 (20 [kW] 이하 미선임 가능)