유틸리티 태양광 발전소 DC 집전 시스템

프로젝트 개요

네바다 사막의 50MW 유틸리티 규모 태양광 발전소는 극한 고온 환경에서 전압 강하 손실을 최소화하기 위해 신중한 DC 집전 시스템 설계가 필요했습니다. 캘리포니아 모하비 사막에 위치한 이 시설은 300에이커 이상의 부지에 125,000개 이상의 태양광 패널을 배치하고 약 4,200개의 태양광 스트링이 200개의 중앙 인버터에 공급됩니다.

AC 배전에서 전압 강하가 권장 사항인 것과 달리, 태양광 설비에서 DC 전압 강하는 에너지 생산과 프로젝트 수익을 직접적으로 감소시킵니다. 전압 강하의 각 백분율 포인트는 태양 전지 패널에서 생성된 전력을 나타내지만 AC로 변환되어 그리드에 판매되기 전에 배선에서 열로 손실됩니다. 25년 이상 운영되는 50MW 프로젝트의 경우, DC 집전 효율의 작은 개선도 수백만 달러의 추가 수익으로 전환됩니다.

이 프로젝트의 엔지니어링 과제는 설치 비용과 평생 에너지 손실의 균형을 맞추면서 수천 개의 스트링 홈런용 도체 크기를 최적화하는 것이었습니다. 이 사례 연구는 경제적으로 최적의 DC 집전 설계를 개발하기 위한 체계적인 접근 방식을 보여줍니다.

시스템 구성 및 기술 사양

DC 집전 시스템은 태양광 발전소의 경제성에서 중요한 역할을 합니다. 각 스트링은 가장 가까운 컴바이너 박스까지 별도의 도체 쌍이 필요하며, 거리는 50피트에서 500피트 이상까지 다양합니다. 사막 환경에서는 주변 온도가 45°C(113°F)를 초과하고 도체 온도가 75°C(167°F)에 도달할 수 있어 도체 저항을 크게 증가시키고 전압 강하 문제를 악화시킵니다.

전압 강하 과제 및 환경 요인

프로젝트의 재무 모델은 총 DC 집전 손실을 2.0% 이하로 제한할 것을 요구했습니다. 이 제약은 투자자의 성능 보증에서 비롯되었으며, 에너지 생산의 보장 수준을 충족하는 데 필요했습니다. 모든 스트링에 단일 도체 크기를 사용하면 짧은 런에서 재료를 낭비하거나 긴 런에서 과도한 에너지 손실이 발생합니다.

전압 강하 최적화 전략

엔지니어링 팀은 모든 스트링에 단일 도체 크기를 사용하는 대신(짧은 런에서 구리를 낭비하거나 긴 런에서 에너지를 손실), 거리 기반 도체 선택 매트릭스를 개발했습니다. 이 접근 방식은 재료 비용과 에너지 손실을 모두 최적화합니다.

이 계층화된 도체 선택을 통해 팀은 1.8%의 가중 평균 DC 집전 손실을 달성하여 2.0% 목표를 훨씬 밑돌았습니다. 75°C 온도 보정 계수를 사용한 전압 강하 계산은 가장 엄격한 작동 조건에서도 성능을 보장했습니다.

상세 전압 강하 계산

경제 분석 및 투자 수익률

최적화된 DC 집전 설계의 재무적 영향은 상당합니다. 전압 강하의 각 백분율 포인트 감소는 프로젝트 수명 동안 직접적인 에너지 수익 증가로 이어집니다.

최적화된 도체 선택의 증분 비용은 $95,000이었으며, 추가 연간 에너지 수익으로 18개월 이내에 회수되었습니다. 25년 프로젝트 수명 동안 이 설계는 성능 보증을 초과하고 투자자 기대치를 능가했습니다.

구현 및 성능 검증

시운전 중 실제 성능 측정은 설계 계산을 검증했습니다. 극한 여름 조건(주변 온도 47°C)에서도 시스템은 2.0% 전압 강하 제한 내에 머물러 투자자 성능 기준을 충족했습니다.

태양광 프로젝트 최적화

태양광 설비를 계획 중이신가요? 당사의 DC 전압 강하 계산기는 스트링 크기와 도체 선택을 최적화하여 에너지 수확을 극대화하는 데 도움이 됩니다. DC 집전 시스템의 적절한 설계는 프로젝트 수명 동안 수백만 달러의 추가 수익을 창출할 수 있습니다.