신재생에너지 발전설비 기능사 실기대비 문제
Chapter 13, 계산 문제
전력과 전압과 전류와 저항 공식
20A 전류에 60W인 저항이 있을 때, 30A의 전류를 흘리면 전력 W 은?
1) 저항값을 먼저 구한다.
P, 60W= 20^2 X R, R = 60/400 = 0.15Ω
2) 전력을 구하는 공식에 대입한다.
P =30^2 X 0.15 = 135W
Air Mass 구하기( 태양광선이 지구의 대기를 지나오는 길이, 스펙트럼이라고도 한다.)
북위 37.5도 하지 날 태양이 남중 고도 일시 대기질량 정수는?
1) 태양고도를 먼저 구한다. 하지날 태양 남중 고도는 90- 위도 + 지축 기울기
태양고도각 : 90 - 37.5 + 23.5 = 76도
2) AM 값을 구한다.
AM = 1/ sin76 = 1.03
태양광 모듈의 변환효율(%)
모듈 사이즈 1.2 m x 1.0m, 시스템 출력 75kW, 직렬수 8, 병렬수 60 일 때,
1) 모듈의 최대출력이 안 주어졌기에 구한다.
모듈1개의 출력 = 75000W / 8 x 60 = (0.15625kW) = 156w
2) 공식에 대입한다.
156W/ 1000 x 1.2m2 = 0.13 x 100(%) = 13%
1000w/m2 은 기본적으로 주어진 일사 강도 값이다. 다른 숫자가 주어지기도 한다.
모듈의 면적이 mm로 주어지기도 한다.
어레이 출력 용량 구하기
표준상태(NOCT : Normal Operating Cell Temperature)
조사강도 : 800W/m2, 온도: 20C, 풍속 : 1m/s
시스템(태양광전체) 발전효율
Wh 와 kWh 단위를 구분하자, 어레이 전체면적이다.
충진율(F.F) 구하기
충진율 : Voc X Isc에 대한 출력(Pm) 비 (이론값에 대한 실질값)
최대출력 전압 31.2V, 최대출력 전류 8.64A,
Voc : 38.7V, Isc : 8.92A
F.F = Vm(31.2V) X Im(5.64A) / Voc(38.7V) X Isc(8.92A)
= 175.968 / 345.20 X 100 (%) = 50.9%
모듈의 직렬 개수 구하기
모듈 최대출력 260Wp
최대출력 전압 31.2V, 최대출력 전류 8.64A,
Voc : 38.7V, Isc : 8.92A
인버터 입력 전압 범위(MPPT 범위) : 450V~820V
인버터 동작전압 범위 : 350V~900V
인버터 기동 전압 : 450V
인버터 정격전압 : 720V
1) 정격전압이 주어졌을 때
최대 직렬수 : 720 / 38.7V = 18.60 , 약 18개 (넘어가면 안 됨)
2) 정격전압이 없을 때
최대 직렬수 : 820 / 38.7V = 21.18 , 약 21개 (넘어가면 안 됨)
최소 직렬수 : 450 / 31.2V = 14.42 , 약 15개 (최소니까 넘어야 함 15 개)
동작전압과 입력 전압은 다른 것이니까 주의하자. 입력 전압으로 해야 한다.
최대, 최소의 분모는 개방 전압과 최대 전압으로 차이가 있다.
모듈의 병렬 개수 구하기
시스템 출력이 30.8kW(30,800W), 모듈의 최대출력이 175W, 모듈의 직렬 개수가(장수) 16장일 때
30,800W / 175W x 16 = 11 개
반드시 단위를 맞춰라. 모듈 최대출력 x 직렬수 = 스트링 출력이다.
독립형 전원 시스템용 축전지 용량(Ah) 구하기
1일 적산 부하량 3 kWh, 방전심도(%) 65%, 보수율은 통상 0.8, 축전지 1 cell 전압 2V, 축전지 직렬 개수 48, 일조 없는 날(부 일조 일) 수 10일
3 kWh x 1000 x 10일 / 0.8 x 셀 전압 2 x 48 개 x 0.65(65%)
= 600.96 Ah
1일 사용량 단위는 Wh이다, 그래서 3 kWh는 3,000Wh로 바꿔줘야 한다. (x 1,000)
방전 종지 전압은 배터리 개수 x 배터리 전압
방전심도는 %로 주어진다. 반드시 환산해서 계산해야 한다.
납축전지의 공칭 용량 (Ah) 구하기
납축전지의 공칭용량이 200Ah, 방전전류가 4A 이면 사용 가능한 시간은?
납축전지의 공칭 용량 (Ah) 구하기 = 방전전류 X 방전 시간
200Ah = 4A x 방전 시간, = 200 / 4 = 5시간
방전심도 (DOD)
축전지 용량에 대한 방전량 비율이다.
축전지 용량(C) 구하기 - (주어진 수치가 다를 경우)
일일 실제 부하량 구하기
일일 소비량이 125 kWh이고 손실률이 20% 일 때 일일 실제 부하량은?
125 kwh x (1+ 20%) = 150 kWh
125 x (1+ 0.2) = 150
항상 %를 계산할 때는 환산하자. (다른 공식에서는 그냥 사용할 때도 있다)
일조율 공식이다.
가조시간 = 태양이 떠서 지면을 비추는 시간
일조시간 = 비, 구름 등으로 태양빛이 가려지는 시간을 제외한 실제로 빛을 수광한 시간
남중 고도 구하기
북위 37.5도 동지의 남중 고도는
동짓날 북위 37.5도, 90 - 37.5 - 23.5 = 남중 고도는 29도
23.5는 지축 기울기다. 계절별로 적용하는 게 틀리다.
참고로 해당 절기의 최적 경사각은 +'- 값이 반대가 된다.
동짓날 북위 37.5도, 90 - 37.5 + 23.5 = 최적경사각은 이론상으로 76도다
전압강하(V), 전압 강하율(%) 두 가지 구하기
교류 2 선식, 165W 태양전지 5A, 33V,
직렬 10개, 병렬 30개, 전선의 길이 50m, 전선의 단면적 50mm^2
1) 먼저 최대출력 전압, 전류를 구한다.
최대출력 전압 = 33V X 10 = 330V
최대출력 전류 = 5A X 30 = 150A
2) 전압강하량을 구한다.
전압강하(V) =
35.6 X 50m X 150A / 1000X 50 = 5.34V
3) 전압 강하율을 구한다.
전압 강하율(%) =
330V - 324.66 (5.34V) / 324.66V X 100(%) = 약 1.64%
5.34V (전압강하량) = 0.01644
324.66V(최종 전압)
전압강하 상수는
직, 교류 2 선식 35.6/3상 3 선식 30.8/단상, 3상 4 선식 17.8
분모 상수 1,000은 모르겠다.
인버터 DC/AC 전력 변환 효율 구하기
배터리 DC 12V, 변환효율 90%, 부하용량 220V, 440W 일 때 인버터 입력 전류(A)는?
1) 교류 출력 전력은 주어졌다.
교류 출력 전력 (440W)
2) 직류 입력 전력 Pdc는 직류전압 12V X 입력 전류(A)에서 구해야 한다.
90% = 440 / 12 x 입력전류, 0.9 X 12 X 입력 전류 = 440,
입력전류 = 440/0.9X12 = 40.74A
전류가 아니라 전력으로 계산해야 한다.
참고 Eurepean 효율(n) =
0.03 X 5% 부하 시 효율 + 0.06 X 10% 부하 시 효율 + 0.13 X 20% 부하 시 효율 + 0.1 X 30% 부하 시 효율 + 0.48 X 50% 부하 시 효율 + 0.2 X 100% 부하시 효율
어레이 간 이격 거리 (D1, D2) 구하기
모듈 크기 986mm x 1,500mm 세로 한 장
모듈 경사각 30도
동짓날 9~15시 까지 그림자 경사각 18.3도
1) 먼저 높이 h1을 구한다. 어레이의 길이가 주어졌기에 모듈의 경사각 ∮2를 이용한다.(∮2 = 30도)
sin30 = h1 / L , h1 = sin30 x L
h1 = sin30 x 1.5M (1,500mm) = 0.5 x 1.5 = 0.75m
2) h1 높이가 구해졌기에 그림자의 경사각 ∮1을 이용해서 tan 값을 구한다. (∮1 = 18.3도)
tan18.3 = h1 / D1 , D1 = h1 / tan18.3
D1 = 0.75m / tan(18.3) = 0.75/ 0.33 =2.27 = 약 2.3m
3) D2 어레이 끝단 간의 길이 구하기
D2 = 1.5 x sin(131.7) / sin(18.3) = 1.5 x 0.7466 / 0.3139 = 3.567 =약 3.6m
이격거리가 M이기에 어레이 길이도 M로 환산해야 한다.
통상적으로 이격거리를 구하라면 D1 거리를 말한다.
여기서는 모듈 1장이지만 모듈의 개수가 여러 개면 경사길이를 확인해야 한다.
건물과 어레이 간 이격 거리 (D3) 구하기
건물 높이 3m , 그림자 입사각 30도
건물과의 이격 거리는
D3 = 3m / tan(30) = 3 / 0.577 = 5.199 = 약 5.2m
인버터의 스위칭 주기가 100ms 일 때 주파수는
주파수 (Frequency) : (Hz) = 1초 동안 동일한 파형이 나오는 횟수
주기 (Period) : 파형 하나의 실제 소요시간
1ms = 1/1000 초 = 0.001초, 10ms = 0.01초 (초로 환산하는 게 중요하다)
f = 1 / 0.01s = 100Hz
상용 주파수는 60Hz, 상용 전압은 220V,
T(주기)는 1 / 주파수이다.
왜형률 구하기
기본파의 3%인 제3고조파, 4% 제4 고조파, 1%인 제7 고조파의 왜형률은?
√ 3^2 + 4^2 + 1^2 = 5.099,
5.099 / 100 X 100 (%) = 5.099 = 약 5.1%
이때는 %를 환산하지 않고 수치 그대로 사용한다.
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